Diese
Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen und speziell
auf eine Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung, die eine Leistungsvorrichtung,
wie zum Beispiel einen Inverter, treibt.These
This invention relates to semiconductor devices and more specifically
to a power device driver device comprising a power device,
such as an inverter, drives.
55 ist ein Blockdiagramm,
das in schematischer Weise einen Aufbau einer Leistungsvorrichtung
und einer Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung zeigt. 56 ist ein Schaltplan eines
Aufbaus eines Hauptteils in einem in 55 gezeigten hochspannungsseitigen
Treiberabschnitt 101. 57 ist
eine Draufsicht, die in schematischer Weise das Layout des hochspannungsseitigen
Treiberabschnitts 101 zeigt. 55 Fig. 10 is a block diagram schematically showing a structure of a power device and a power device driving device. 56 is a circuit diagram of a structure of a main part in an in 55 shown high voltage side driver section 101 , 57 FIG. 10 is a plan view schematically showing the layout of the high voltage side driver section. FIG 101 shows.
58 und 59 sind Querschnittsansichten eines
bekannten Aufbaus des hochspannungsseitigen Treiberabschnitts 101 entlang
der Linien B-B bzw. A-A in 57. 58 and 59 FIG. 15 are cross-sectional views of a known structure of the high voltage side driver section. FIG 101 along the lines BB and AA in 57 ,
Eine
Technik für
einen IC mit hoher Durchbruchsspannung, der eine Bootstrap-Diode
(Startdiode) beinhaltet, wird beispielsweise in der Japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-324848 offenbart. Eine Technik
für eine
Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung mit verbesserter
Widerstandfähigkeit
gegenüber
Latch-Up wird beispielsweise in der Japani schen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 11-214530 (1999) offenbart. Eine Technik für eine Halbleitervorrichtung
mit einer hohen Durchbruchsspannung, die den RESURF-Aufbau verwendet,
wird beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,292,642 offenbart. Eine
Technik für
eine Halbleitervorrichtung mit einer hohen Durchbruchsspannung, die
einen unterteilten RESURF-Aufbau verwendet, wird beispielsweise
in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-283716 (1997)
offenbart. Eine Technik für
eine CMOS-Halbleitervorrichtung, die das Auftreten von Latch-Ups,
welche aus einem parasitären
Thyristor resultieren, verringert, wird beispielsweise in der Japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-152523 (1993) offenbart.A
Technology for
a high breakdown voltage IC, which is a bootstrap diode
(Startup diode), for example, in Japanese
Patent Publication No. 2002-324848. A technique
for one
Semiconductor device with high breakdown voltage with improved
resistance
across from
Latch-up is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open Publication
No. 11-214530 (1999). A technique for a semiconductor device
with a high breakdown voltage using the RESURF design,
is disclosed, for example, in U.S. Patent No. 4,292,642. A
Technology for
a semiconductor device with a high breakdown voltage, the
uses a partitioned RESURF structure, for example
in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 9-283716 (1997)
disclosed. A technique for
a CMOS semiconductor device that detects the occurrence of latch-ups,
which from a parasitic
Thyristor result, reduced, for example, in Japanese
Patent Publication No. 5-152523 (1993).
Bei
der Leistungsvorrichtung und der Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung,
die in 55 gezeigt sind,
kann während
eines Regenerierungszeitraums (nämlich
während
eine Freilaufdiode D2 durch eine gegenelektromotorische Spannung
von einer mit einem Knoten N30 verbundenen Last AN ist) eine hochspannungsseitig
schwebende Offset-Spannung VS auf ein negatives Potential fallen, das
niedriger als eine gemeinsame Masse COM ist. Die negativen Schwankungen
der hochspannungsseitig schwebenden Offset-Spannung VS werden über eine
Kondensator C1 in eine hochspannungsseitig schwebende Versorgungs-Absolutspannung VB
umgesetzt, was ebenso negative Schwankungen des Potentials der hochspannungsseitig
schwebenden Versorgungs-Absolutspannung VB verursacht.In the power device and the power device driving apparatus, which are incorporated in 55 2, during a regeneration period (namely, while a flywheel diode D2 is ON by a back electromotive voltage from a load connected to a node N30), a high voltage side floating offset voltage VS may fall to a negative potential lower than a common ground COM. The negative fluctuations of the high-voltage side floating offset voltage VS are converted via a capacitor C1 into a high-voltage side floating supply absolute voltage VB, which also causes negative variations of the potential of the high voltage side floating supply absolute voltage VB.
Die
negativen Schwankungen der hochspannungsseitig schwebenden Versorgungs-Absolutspannung
VB werden zu n-Dotierungsregionen 117 und 121 und
n--Dotierungsregionen 110 und 143 in 58 und 59 übertragen.
Bezugnehmend auf 58 werden
folglich eine parasitäre
Diode PD1 zwischen einer p-Typ-Wanne (hier im folgenden als "p-Wanne" bezeichnet) 111 und
der n--Dotierungsregion 110, eine
parasitäre
Diode PD2 zwischen einem p--Typ-Siliziumsubstrat
(hier im folgenden als "p--Substrat" bezeichnet) 200 und der n-Dotierungsregion 117 und
eine parasitäre
Diode PD3 zwischen dem p--Substrat 200 und
der n- Dotierungsregion 121, von
denen alle unter Normalbedingungen in Sperrrichtung geschaltet sind,
angeschaltet. Bezugnehmend auf 59 werden
zusätzlich
eine parasitäre Diode
PD4 zwischen einer p+-Typ-Trennregion (hier im
folgenden als "p+-Isolation" bezeichnet) 144 und der n--Dotierungsregion 143, eine parasitäre Diode PD5
zwischen dem p--Substrat 200 und
der n--Dotierungsregion 143 und
eine parasitäre
Diode PD6 zwischen dem p--Substrat 200 und
der n-Dotierungsregion 121, von denen alle unter Normalbedingungen
in Sperrrichtung geschaltet sind, angeschaltet.The negative variations of the high voltage side floating supply absolute voltage VB become n-type doping regions 117 and 121 and n - doping regions 110 and 143 in 58 and 59 transfer. Referring to 58 Consequently, a parasitic diode PD1 between a p-type well (hereinafter referred to as "p-well") 111 and the n - -doping region 110 , a parasitic diode PD2 between a p - -type silicon substrate (hereinafter referred to as "p - substrate") 200 and the n-type doping region 117 and a parasitic diode PD3 between the p - substrate 200 and the n-type doping region 121 , all of which are reverse-connected under normal conditions, are turned on. Referring to 59 In addition, a parasitic diode PD4 between a p + -type separating region (hereinafter referred to as "p + -insolation") 144 and the n - -doping region 143 , a parasitic diode PD5 between the p - substrate 200 and the n - -doping region 143 and a parasitic diode PD6 between the p - substrate 200 and the n-type doping region 121 , all of which are reverse-connected under normal conditions, are turned on.
Bezugnehmend
auf 59 verursacht das Anschalten
der parasitären
Dioden PD4 bis PD6 einen Stromfluss in die n-Dotierungsregion 121. Ein CMOS 12 zum
Ausgeben eines hochspannungsseitigen Treibersignals beinhaltet einen
parasitären
Bipolartransistor PB (siehe 60),
welcher aus einer n-p-n-Struktur
resultiert, die aus der n-Dotierungsregion 121, einer p-Wanne 131 und
einer n+-Sourceregion 133 besteht,
einen parasitären
Thyristor PS1, der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, welche
sich aus einer p+-Sourceregion 126,
der n-Dotierungsregion 121,
der p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt,
und einen parasitären
Thyristor PS2, der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus
dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt.
Folglich wirkt der in die n-Dotierungsregion 121 fließende Strom,
der aus dem Anschalten der parasitären Dioden PD4 bis PD6 resultiert
als ein Trigger-Strom,
der das Arbeiten des parasitären
Bipolartransistors PB verursacht oder in den parasitären Thyristoren
PS1 und P52 Latch-Ups verursacht. Das Arbeiten des parasitären Bipolartransistors
PB oder Latch-Ups in den parasitären
Thyristoren PS1 und PS2 verursachen einen übermäßigen Stromfluss durch den
CMOS 12 was unter bestimmten Umständen in einer Beschädigung der
Schaltungen und Komponenten resultiert (hier im folgenden als "Latch-Up-Ausfall" bezeichnet wird).Referring to 59 causes the turning on of the parasitic diodes PD4 to PD6 a current flow in the n-type impurity region 121 , A CMOS 12 for outputting a high voltage side drive signal includes a parasitic bipolar transistor PB (see 60 ) resulting from an npn structure consisting of the n-type dopant region 121 , a p-tub 131 and an n + source region 133 consists of a parasitic thyristor PS1 resulting from a pnpn structure resulting from a p + source region 126 , the n-doping region 121 , the p-tub 131 and the n + source region 133 composed, and a parasitic thyristor PS2, which results from a pnpn structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the p-tub 131 and the n + source region 133 composed. Consequently, it acts in the n-type dopant region 121 flowing current resulting from turning on the parasitic diodes PD4 to PD6 as a trigger current, which causes the operation of the parasitic bipolar transistor PB or caused in the parasitic thyristors PS1 and P52 latch-ups. The operation of the parasitic bipolar transistor PB or latch-ups in the parasitic thyristors PS1 and PS2 cause excessive current flow through the CMOS 12 which in some circumstances results in damage to the circuits and components (hereinafter referred to as "latch-up failure").
60 ist eine Querschnittsansicht
eines vereinfachten Aufbaus des CMOS-Teils, der der Analyse des
Betriebszustands des parasitären
Bipolartransistors PB und des parasitären Thyristors PS2, die von
dem Anschalten der parasitären
Diode PD6 resultieren, dient. Aus Handhabungsgründen sind die Positionen eines
nMOSFET und eines pMOSFET in 59 in
der 60 vertauscht.
Eine VS-Elektrode und eine nMOS-Sourceelektrode (nS) in 60 entsprechen beide einer
Elektrode 134 in 59,
während
eine VB-Elektrode, eine pMOS-Rückgateelektrode
(pBG) und eine pMOS-Sourceelektrode (pS) in 60 alle einer Elektrode 128 in 59 entsprechen. 61A zeigt einen vereinfachten
Aufbau von 60 und 61B zeigt Dotierungskonzentrationsprofile
ausgehend von der Deckfläche
eines n+-Dotierungsbereichs 127 in
eine Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen
auf eine Position, an der die pMOS-Rückgateelektrode
in 61A ausgebildet
ist. 60 is a cross-sectional view of one simplified structure of the CMOS part, the analysis of the operating state of the parasitic bipolar transistor PB and the parasitic thyristor PS2, resulting from the turning on of the parasitic diode PD6, is used. For handling reasons, the positions of an nMOSFET and a pMOSFET are in 59 in the 60 reversed. A VS electrode and an nMOS source electrode (nS) in 60 both correspond to one electrode 134 in 59 while a VB electrode, a pMOS back gate electrode (pBG) and a pMOS source electrode (pS) in 60 all of one electrode 128 in 59 correspond. 61A shows a simplified structure of 60 and 61B shows doping concentration profiles starting from the top surface of an n + doping region 127 in a depth direction of the p - substrate 200 with respect to a position at which the pMOS backgate electrode in 61A is trained.
62 ist ein Diagramm, das
den Wert des durch die Bulk-Elektrode,
die pMOS-Sourceelektrode und die nMOS-Sourceelektrode fließenden Stroms beim Anlegen
einer Spannung an eine Bulk-Elektrode in 60, nämlich beim Anlegen einer negativen Spannung
(hier im folgenden als "negative
VS-Spannung" bezeichnet) an die
VS-Elektrode, zeigt. Es wird gezeigt, dass der durch die nMOS-Sourceelektrode fließende Strom
mit einem negativen Anwachsen der zugeführten negativen VS-Spannung anwächst und nahezu
gleich dem durch die pMOS-Sourceelektrode fließenden Strom
wird, wenn die negative VS-Spannung
ungefähr –40V ist. 62 FIG. 15 is a graph showing the value of the current flowing through the bulk electrode, the pMOS source electrode and the nMOS source electrode when a voltage is applied to a bulk electrode in FIG 60 Namely, when applying a negative voltage (hereinafter referred to as "negative VS voltage") to the VS electrode, shows. It is shown that the current flowing through the nMOS source electrode increases with a negative increase of the supplied negative VS voltage and becomes almost equal to the current flowing through the pMOS source electrode when the negative VS voltage is approximately -40V.
63 zeigt die Stromverteilung,
wenn die negative VS-Spannung
in 62 –17V ist.
Es ist gezeigt, dass der Strom nicht durch die nMOS-Sourceelektrode
fließt,
wenn die negative VS-Spannung –17V
ist, so dass nicht das Arbeiten des parasitären Thyristors PS2 in 60 verursacht wird. 63 shows the current distribution when the negative VS voltage in 62 -17V is. It is shown that the current does not flow through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -17V, so that the parasitic thyristor PS2 does not work in 60 is caused.
64 zeigt die Stromverteilung,
wenn die negative VS-Spannung
in 62 –43V ist.
Es ist gezeigt, dass der Strom durch die nMOS-Sourceelektrode fließt, wenn
die negative VS-Spannung –43V ist,
was ein Arbeiten des parasitären
Thyristors PS2 in 2 verursacht. 64 shows the current distribution when the negative VS voltage in 62 -43V is. It is shown that the current flows through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -43V, which causes the parasitic thyristor PS2 to operate in 2 caused.
65 ist eine Querschnittsansicht
der bekannten Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchsspannung,
die den RESURF-Aufbau
verwendet (siehe das oben erwähnte
US-Patent Nr. 4,292,642), die einen ausgewählten Bereich der Struktur
von 58 zeigt, in dem
ein MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung ausgebildet ist.
Aus Gründen
der Handhabung sind die Orte einer Drainregion 118 und
einer Sourceregion 112 in 58 in
der 65 vertauscht. 65 FIG. 12 is a cross-sectional view of the known high breakdown voltage semiconductor device using the RESURF structure (see the above-mentioned US Pat. No. 4,292,642), which shows a selected portion of the structure of FIG 58 shows in which a MOS 11 is formed with high breakdown voltage. For reasons of handling, the locations are a drain region 118 and a source region 112 in 58 in the 65 reversed.
66 ist ein Diagramm, das
die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
eine Drainelektrode 119 und eine Sourceelektrode 114 durch
Kurzschließen
der Sourceelektrode 114 und einer mit einer Gateelektrode 116a verbundenen
Elektrode 116aa bezogen auf die Struktur von 65 zeigt. 66 zeigt ein elektrisches Feld an der
Deckfläche
der n--Dotierungsregion 110 (Si-Oberfläche) und
ein elektrisches Feld an der Grenzfläche zwischen der n--Dotierungsregion 110 und
dem p--Substrat 200 (n--/p--Substrat-Übergangstiefe). 66 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between a drain electrode 119 and a source electrode 114 by shorting the source electrode 114 and one with a gate electrode 116a connected electrode 116AA related to the structure of 65 shows. 66 shows an electric field at the top surface of the n - doping region 110 (Si surface) and an electric field at the interface between the n - -doping region 110 and the p - substrate 200 (n - - / p - substrate junction depth).
Es
ist in 65 und 66 gezeigt, dass die Maxima
des elektrischen Feldes an der Si-Oberfläche ein Maximum P1 an einer
Position, die dem unteren Teil des rechten Randes der Drainelektrode 119 entspricht,
ein Maximum P2 an einer Position, die dem unteren Teil des linken
Randes der Elektrode 116aa entspricht, und ein Maximum
P3 an einer Position, die dem unteren Teil des linken Randes der
Gateelektrode 116a entspricht, sind. Somit tritt eine Mehrzahl
von Maxima des elektrischen Feldes an der Si-Oberfläche auf,
wenn die RESURF-Struktur verwendet wird.It is in 65 and 66 have shown that the maxima of the electric field at the Si surface have a maximum P1 at a position corresponding to the lower part of the right edge of the drain electrode 119 corresponds to a maximum P2 at a position corresponding to the lower part of the left edge of the electrode 116AA and a maximum P3 at a position corresponding to the lower part of the left edge of the gate electrode 116a corresponds, are. Thus, a plurality of electric field maxima occur at the Si surface when the RESURF structure is used.
In 65 und 66 ist ebenfalls gezeigt, dass ein Maximum
des elektrischen Feldes in der Tiefe des n--/p--Substrat-Übergangs ein Maximum P4 ist, die
in dem rechten unteren Randteil der n-Dotierungsregion 117 angesiedelt
ist. Da der Wert des elektri schen Feldes an dem Maximum P4 höher ist als
die entsprechenden Werte des elektrischen Feldes an den Maxima P1
bis P3, erreicht beim Anlegen einer Spannung an die Drainelektrode 119 und
die Sourceelektrode 114 eine Position, die dem Maximum
P4 entspricht, am schnellsten ein für einen Durchbruch kritisches
elektrisches Feld. Folglich wird die Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung durch
das Maximum P4 in der Tiefe des Übergangs n-/p--Substrat bestimmt,
wenn die RESURF-Struktur verwendet wird.In 65 and 66 It is also shown that a maximum of the electric field in the depth of the n - / p - substrate junction is a maximum P4 present in the right lower edge portion of the n-type doping region 117 is settled. Since the value of the electrical field at the maximum P4 is higher than the corresponding values of the electric field at the maxima P1 to P3, reaches when applying a voltage to the drain electrode 119 and the source electrode 114 a position corresponding to the maximum P4 is the fastest one for a breakthrough critical electric field. Consequently, the breakdown voltage of the semiconductor device is determined by the maximum P4 in the depth of the transition n - / p - substrate when the RESURF structure is used.
67 ist eine Querschnittsansicht,
die einen ausgewählten
Bereich der Struktur von 59 zeigt,
in dem eine Diode mit einer hohen Durchbruchsspannung 14 ausgebildet
ist. Aus Gründen
der Handhabung sind eine Anode und eine Kathode in 59 in der 67 vertauscht. 67 is a cross-sectional view showing a selected area of the structure of 59 shows, in which a diode with a high breakdown voltage 14 is trained. For reasons of handling, an anode and a cathode are in 59 in the 67 reversed.
68 ist ein Diagramm, das
bezogen auf den Aufbau von 67 die
elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen eine
Anodenelektrode 145 und eine Kathodenelektrode 142 zeigt. 68 zeigt ein elektrisches
Feld an der Deckfläche
der n--Dotierungsregion 143 (Si-Oberfläche) und
ein elektrisches Feld an der Grenzfläche zwischen der n-Dotierungsregion 121 und
dem p--Substrat 200 (Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat). In 67 und 68 ist
gezeigt, dass ein Maximum des elektrischen Feldes ein Maximum E0
ist, das in dem rechten unteren Rand der n-Dotierungsregion 121 angesiedelt
ist. 68 is a diagram related to the construction of 67 the electric fields when applying a high voltage between an anode electrode 145 and a cathode electrode 142 shows. 68 shows an electric field at the top surface of the n - doping region 143 (Si surface) and an electric field at the interface between the n-type impurity region 121 and the p - substrate 200 (Depth of the junction n / p - substrate). In 67 and 68 It is shown that a maximum of the electric field is a maximum E0, which in the right lower edge of the n-type doping region 121 is settled.
69 zeigt die Potentialverteilung
(Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 67.
Es ist gezeigt, dass an einer Position, die dem Maximum E0 entspricht,
die Krümmung
der Äquipotentiallinien
groß ist
und der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien klein ist. 69 shows the potential distribution (equipotential lines) and the current distribution when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 67 , It is shown that at a position corresponding to the maximum E0, the curvature of the equipotential lines is large and the distance between adjacent equipotential lines is small.
70 ist eine Querschnittsansicht
der bekannten Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchsspannung,
die die unterteilte RESURF-Struktur verwendet (siehe Japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-283716 (1997), die oben erwähnt ist),
und zeigt einen ausgewählten
Bereich der Struktur von 58,
in dem der MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung ausgebildet
ist. Aus Handhabungsgründen
sind die Orte der Drainregion 118 und der Sourceregion 112 in 58 in der 70 vertauscht. Aufgrund ihrer einfachen
Herstellung wird die unterteilte RESURF-Struktur manchmal für einen MOS mit hoher Durchbruchsspannung
verwendet, für
den eine Durchbruchsspannung von 600V oder mehr erforderlich ist. 70 FIG. 12 is a cross-sectional view of the known high breakdown voltage semiconductor device using the divided RESURF structure (see Japanese Patent Laid-Open Publication No. 9-283716 (1997) mentioned above), and shows a selected portion of the structure of FIG 58 in which the MOS 11 is formed with high breakdown voltage. For handling reasons, the locations are the drain region 118 and the source region 112 in 58 in the 70 reversed. Because of its ease of fabrication, the divided RESURF structure is sometimes used for a high breakdown voltage MOS that requires a breakdown voltage of 600V or more.
71 ist ein Diagramm, das
die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die mit der n+-Dotierungsregion 127 verbundene
VB-Elektrode (die der Elektrode 128 in 58 entspricht) und die Sourceelektrode 114 durch
Kurzschließen
der Sourceelektrode 114 und der Elektrode 116aa durch
das Anlegen einer Spannung von ungefähr 15V an die VB-Elektrode und die Drainelektrode 119 bezogen
auf die Struktur von 70 zeigt. 71 zeigt ein elektrisches
Feld an der Deckfläche
des p--Substrats 200 (Si-Oberfläche) und
ein elektrisches Feld an der Grenzfläche zwischen jeder Bodenfläche der
n-Dotierungsregionen 121 und 117 und
dem p--Substrat 200 (Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat). 71 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between those with the n + doping region 127 connected VB electrode (that of the electrode 128 in 58 corresponds) and the source electrode 114 by shorting the source electrode 114 and the electrode 116AA by applying a voltage of about 15V to the VB electrode and the drain electrode 119 related to the structure of 70 shows. 71 shows an electric field on the top surface of the p - substrate 200 (Si surface) and an electric field at the interface between each bottom surface of the n-type impurity regions 121 and 117 and the p - substrate 200 (Depth of transition n / p - substrate).
In 70 und 71 ist gezeigt, dass in einem unterteilten
RESURF-Abschnitt ein Maximum des elektrischen Feldes an der Si-Oberfläche ein
Maximum E2 fast im Zentrum des p--Substrats 200 ist,
und Maxima des elektrischen Feldes in der Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat ein Maximum E1, das in dem
rechten unteren Randabschnitt der n-Dotierungsregion 121 angeordnet
ist und ein Maximum E3, das in dem rechten unteren Randabschnitt
der n-Dotierungsregion 117 angeordnet
ist, sind.In 70 and 71 It is shown that in a divided RESURF section, a maximum of the electric field at the Si surface is a maximum E2 almost in the center of the p - substrate 200 is, and maxima of the electric field in the depth of the transition n / p - substrate a maximum E1, that in the lower right edge portion of the n-type doping region 121 is arranged and a maximum E3, that in the right lower edge portion of the n-type doping region 117 is arranged.
72 zeigt eine Potentialverteilung
(Äquipotentiallinien)
und eine Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die VB-Elektrode und die Sourceelektrode 114 durch Kurzschließen der
Sourceelektrode 114 und der Elektrode 116aa durch das
Anlegen einer Spannung von ungefähr 15V
an die VB-Elektrode und die Drainelektrode 119 bezogen
auf die Struktur von 70.
Es ist gezeigt, dass an Positionen, die den Maxima E1 bis E3 entsprechen,
die Krümmung
der Äquipotentiallinien groß ist und
der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien klein ist. 72 shows a potential distribution (equipotential lines) and a current distribution when a high voltage is applied between the VB electrode and the source electrode 114 by shorting the source electrode 114 and the electrode 116AA by applying a voltage of about 15V to the VB electrode and the drain electrode 119 related to the structure of 70 , It is shown that at positions corresponding to the maxima E1 to E3, the curvature of the equipotential lines is large and the distance between adjacent equipotential lines is small.
Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen
mit einer hohen Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Latch-Up-Zusammenbruch, der von negativen Schwankungen der
hochspannungsseitig schwebenden Offsetspannung VS herrührt. Weiterhin
soll die Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung durch Vermindern
der elektrischen Felder an den oben erwähnten Maxima E0 bis E3 vergrößert werden.It
An object of this invention is to provide a semiconductor device
with a high resistance
across from
a latch-up collapse that is characterized by negative fluctuations
high voltage side floating offset voltage VS. Farther
Let the breakdown voltage of the semiconductor device by reducing
of the electric fields at the abovementioned maxima E0 to E3 are increased.
Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3,
5, 7 oder 9.The
Task is solved
by a semiconductor device according to one of claims 1, 3,
5, 7 or 9.
Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.further developments
The invention are specified in the subclaims.
Unter
einem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung
zum Treiben einer Schaltvorrichtung welche eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode und eine Steuerelektrode enthält: einen
ersten Anschluss; einen zweiten Anschluss; ein Halbleitersubstrat
eines ersten Leitungstyps; eine erste Dotierungsregion eines zweiten
Leitungstyps; eine zweite Dotierungsregion des ersten Leitungstyps;
einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; und eine dritte
Dotierungsregion des zweiten Leitungstyps. Der erste Anschluss ist
mit der ersten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist mit
der ersten Elektrode über
ein kapazitives Element verbunden. Die erste Dotierungsregion ist
in einer Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrats ausgebildet. Die zweite Dotierungsregion
ist in einer Hauptoberfläche
der ersten Dotierungsregion ausgebildet. Der erste Transistor beinhaltet
eine Source/Drain-Region
des zweiten Leitungstyps, die in einer Hauptoberfläche der
zweiten Dotierungsregion ausgebildet ist und mit dem ersten Anschluss
verbunden ist. Der zweite Transistor beinhaltet eine Source/Drain-Region
des ersten Leitungstyps, die in der Hauptoberfläche der ersten Dotierungsregion ausgebildet
ist und mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Die dritte Dotierungsregion
ist in dem Halbleitersubstrat in Kontakt zu einer Bodenfläche der
ersten Dotierungsregion ausgebildet.Under
A first aspect of this invention includes a semiconductor device
for driving a switching device which has a first electrode,
a second electrode and a control electrode includes: a
first connection; a second port; a semiconductor substrate
a first conductivity type; a first doping region of a second
Conductivity type; a second doping region of the first conductivity type;
a first transistor; a second transistor; and a third
Doping region of the second conductivity type. The first connection is
connected to the first electrode. The second connection is with
the first electrode over
a capacitive element connected. The first doping region is
in a main surface
formed of the semiconductor substrate. The second doping region
is in a main surface
formed the first doping region. The first transistor includes
a source / drain region
of the second conductivity type, which in a main surface of the
second doping region is formed and with the first terminal
connected is. The second transistor includes a source / drain region
of the first conductivity type formed in the main surface of the first impurity region
is and is connected to the second port. The third doping region
is in contact with a bottom surface of the semiconductor substrate
formed first doping region.
Die
Widerstandsfähigkeit
der Halbleitervorrichtung gegen einen Latch-Up-Zusammenbruch kann
vergrößert werden.The resistance of the semiconductor device to a latch-up breakdown can be enlarged.
Bei
einem zweiten Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode, eine erste Dotierungsregion des ersten Leitungstyps,
eine zweite Dotierungsregion eines zweiten Leitungstyps, eine dritte
Dotierungsregion des zweiten Leitungstyps und eine vierte Dotierungsregion
des zweiten Leitungstyps. Die erste und die zweite Elektrode sind
auf einer Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrats ausgebildet. Die erste Dotierungsregion
ist in der Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrats ausgebildet und mit der ersten Elektrode
verbunden. Die zweite Dotierungsregion ist in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats
ausgebildet und mit der zweiten Elektrode verbunden. Die dritte
Dotierungsregion ist in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats
ausgebildet und beinhaltet einen Abschnitt, der zwischen eine Seitenfläche der
ersten Dotierungsregion und eine Seitenfläche der zweiten Dotierungsregion
gefügt
ist. Die vierte Dotierungsregion ist in Kontakt zu einer Bodenfläche der
zweiten Dotierungsregion ausgebildet und derart in dem Halbleitersubstrat
ausgebildet, dass sie nicht von der Seitenfläche der zweiten Dotierungsregion
zu der Seite der ersten Dotierungsregion hin hervorsteht.at
In a second aspect of this invention, a semiconductor device includes:
a semiconductor substrate of a first conductivity type, a first electrode,
a second electrode, a first doping region of the first conductivity type,
a second doping region of a second conductivity type, a third one
Doping region of the second conductivity type and a fourth doping region
of the second conductivity type. The first and second electrodes are
on a main surface
formed of the semiconductor substrate. The first doping region
is in the main surface
of the semiconductor substrate and formed with the first electrode
connected. The second doping region is in the main surface of the semiconductor substrate
formed and connected to the second electrode. The third
Doping region is in the main surface of the semiconductor substrate
is formed and includes a portion which is between a side surface of
first impurity region and a side surface of the second impurity region
together
is. The fourth doping region is in contact with a bottom surface of
second doping region formed and so in the semiconductor substrate
formed so that it is not from the side surface of the second doping region
protrudes toward the side of the first doping region.
Die
Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung kann vergrößert werden.The
Breakdown voltage of the semiconductor device can be increased.
Bei
einem dritten Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode, eine erste Dotierungsregion eines zweiten
Leitungstyps, eine zweite Dotierungsregion des zweiten Leitungstyps
und eine dritte Dotierungsregion des zweiten Leitungstyps. Die erste
und die zweite Elektrode sind auf einer Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats ausgebildet. Die erste Dotierungsregion ist
in der Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats ausgebildet und mit der ersten Elektrode verbunden.
Die zweite Dotierungsregion ist in der Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats von der ersten Dotierungsregion getrennt ausgebildet,
mit der zweiten Elektrode verbunden und weist eine Seitenfläche auf,
die einer Seitenfläche
der ersten Dotierungsregion gegenüberliegt. Die dritte Dotierungsregion
ist in dem Halbleitersubstrat in Kontakt zu einer Bodenfläche der
zweiten Dotierungsregion in dem Halbleitersubstrat ausgebildet und
weist eine Seitenfläche
auf, die nicht in Kontakt zu der Seitenfläche der ersten Dotierungsregion
steht.at
In a third aspect of this invention, a semiconductor device includes:
a semiconductor substrate of a first conductivity type, a first electrode,
a second electrode, a first doping region of a second
Conductivity type, a second doping region of the second conductivity type
and a third doping region of the second conductivity type. The first
and the second electrode are on a main surface of the
Semiconductor substrate formed. The first doping region is
in the main surface of the
Semiconductor substrate formed and connected to the first electrode.
The second doping region is in the main surface of the
Semiconductor substrate formed separately from the first doping region,
connected to the second electrode and has a side surface,
the one side surface
the first doping region is opposite. The third doping region
is in contact with a bottom surface of the semiconductor substrate
second doping region formed in the semiconductor substrate and
has a side surface
not in contact with the side surface of the first doping region
stands.
Die
Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung kann vergrößert werden.The
Breakdown voltage of the semiconductor device can be increased.
Bei
einem vierten Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung
zum Treiben einer Schaltvorrichtung, welche eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode und eine Steuerelektrode enthält: einen
ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, eine erste Dotierungsregion
eines ersten Leitungstyps, eine zweite Dotierungsregion eines zweiten
Leitungstyps, einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor
und eine dritte Dotierungsregion des ersten Leitungstyps. Der erste
Anschluss ist mit der ersten Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss
ist mit der ersten Elektrode über
ein Kapazitätselement
verbunden. Die zweite Dotierungsregion ist in einer Hauptoberfläche der
ersten Dotierungsregion ausgebildet. Der erste Transistor beinhaltet
eine Source/Drain-Region des ersten Leitungstyps, die in einer Hauptoberfläche der
zweiten Dotierungsregion ausgebildet ist und mit dem ersten Anschluss
verbunden ist. Der zweite Transistor beinhaltet eine Source/Drain-Region
des zweiten Leitungstyps, die in der Hauptoberfläche der ersten Dotierungsregion
ausgebildet ist und mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Die
dritte Dotierungsregion ist in Kontakt zu einer Bodenfläche der
ersten Dotierungsregion ausgebildet.at
A fourth aspect of this invention includes a semiconductor device
for driving a switching device comprising a first electrode,
a second electrode and a control electrode includes: a
first terminal, a second terminal, a first doping region
a first conductivity type, a second doping region of a second
Conductivity type, a first transistor, a second transistor
and a third doping region of the first conductivity type. The first
Connection is connected to the first electrode. The second connection
is over with the first electrode
a capacity element
connected. The second doping region is in a major surface of
formed first doping region. The first transistor includes
a source / drain region of the first conductivity type, which in a main surface of the
second doping region is formed and with the first terminal
connected is. The second transistor includes a source / drain region
of the second conductivity type, in the main surface of the first doping region
is formed and connected to the second terminal. The
third doping region is in contact with a bottom surface of
formed first doping region.
Die
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Latch-Up-Ausfall der Halbleitervorrichtung kann vergrößert werden.The
resistance
across from
Latch-up failure of the semiconductor device can be increased.
Bei
einem fünften
Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung
zum Treiben einer Schaltvorrichtung, welche eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode und eine Steuerelektrode aufweist: einen ersten
Anschluss, einen zweiten Anschluss, ein Halbleitersubstrat eines
ersten Leitungstyps, eine erste Dotierungsregion eines zweiten Leitungstyps,
eine zweite Dotierungsregion des ersten Leitungstyps, einen ersten
Transistor, einen zweiten Transistor und eine dritte Dotierungsregion
des zweiten Leitungstyps. Der erste Anschluss ist mit der ersten
Elektrode verbunden. Der zweite Anschluss ist mit der ersten Elektrode über ein
Kapazitätselement
verbunden. Die erste Dotierungsregion ist in einer Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats ausgebildet. Die zweite Dotierungsregion ist
in einer Hauptoberfläche
der ersten Dotierungsregion ausgebildet. Der erste Transistor beinhaltet
eine Source/Drain-Region
des zweiten Leitungstyps, die in einer Hauptoberfläche der
zweiten Dotierungsregion ausgebildet ist und mit dem ersten Anschluss
verbunden ist. Der zweite Transistor beinhaltet eine Source/Drain-Region
des ersten Leitungstyps, die in der Hauptoberfläche der ersten Dotierungsregion
ausgebildet ist und mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Die
dritte Dotierungsregion ist in dem Halbleitersubstrat ausgebildet
und beinhaltet zumindest eine Region unterhalb der Source/Drain-Region
des ersten Transistors, während
sie in Kontakt zu einer Bodenfläche
der ersten Dotierungsregion steht und eine erste Dotierungskonzentration
aufweist, die höher
ist als eine zweite Dotierungskonzentration der ersten Dotierungsregion.In a fifth aspect of this invention, a semiconductor device for driving a switching device including a first electrode, a second electrode, and a control electrode includes: a first terminal, a second terminal, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a first doping region of a second conductivity type, a second one Doping region of the first conductivity type, a first transistor, a second transistor and a third doping region of the second conductivity type. The first terminal is connected to the first electrode. The second terminal is connected to the first electrode via a capacitive element. The first impurity region is formed in a main surface of the semiconductor substrate. The second impurity region is formed in a main surface of the first impurity region. The first transistor includes a source / drain region of the second conductivity type formed in a main surface of the second impurity region and connected to the first terminal. The second transistor includes a source / drain region of the first conductivity type formed in the main surface of the first impurity region and connected to the second terminal. The third impurity region is formed in the semiconductor substrate and includes at least a region below the source / drain region of the first transistor while being in contact with a bottom surface of the first impurity region and having a first impurity concentration higher than a second impurity concentration of the first one Doping region.
Die
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Latch-Up-Ausfall der Halbleitervorrichtung kann vergrößert werden.The
resistance
across from
Latch-up failure of the semiconductor device can be increased.
Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:Further
Features and Practices of
Invention will become apparent from the description of embodiments
based on the drawings. From the figures show:
1 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
dieser Erfindung, 1 12 is a cross-sectional view of the structure of a high voltage side driving portion in a semiconductor device according to a first embodiment of this invention;
2A und 2B den
Aufbau eines CMOS-Teils und eines Dotierungskonzentrationsprofils
bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, 2A and 2 B the constitution of a CMOS part and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the first embodiment;
3 ein
Diagramm der Werte der Ströme, die
durch die Elektroden fließen
beim Anlegen einer negativen VS-Spannung bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform, 3 FIG. 4 is a graph showing the values of the currents flowing through the electrodes when a negative VS voltage is applied to the semiconductor device according to the first embodiment; FIG.
4 die
Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –52V bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
ist, 4 the current distribution when the negative VS voltage is -52V in the semiconductor device according to the first embodiment,
5 die
Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –109V bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
ist, 5 the current distribution when the negative VS voltage is -109V in the semiconductor device according to the first embodiment,
6 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus des hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Abwandlung der ersten
Ausführungsform, 6 12 is a cross-sectional view of the structure of the high-voltage side driving portion in a semiconductor device according to a modification of the first embodiment;
7A und 7B den
Aufbau des CMOS-Teils, und ein Dotierungskonzentrationsprofil bei
der Halbleitervor richtung gemäß der Abwandlung der
ersten Ausführungsform, 7A and 7B the structure of the CMOS part, and a doping concentration profile in the Halbleitervor direction according to the modification of the first embodiment,
8 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung, 8th 12 is a cross-sectional view of the structure of a high voltage side driving portion in a semiconductor device according to a second embodiment of this invention;
9A und 9B den
Aufbau eines CMOS-Teils und eines Dotierungskonzentrationsprofil
bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, 9A and 9B the constitution of a CMOS part and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the second embodiment;
10 ein
Diagramm, das die Werte der Ströme,
die durch die Elektroden beim Anlegen der negativen VS-Spannung
bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
fließen, zeigt, 10 FIG. 12 is a graph showing the values of the currents flowing through the electrodes when the negative VS voltage is applied to the semiconductor device according to the second embodiment; FIG.
11 die
Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –269V bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
beträgt, 11 the current distribution when the negative VS voltage is -269V in the semiconductor device according to the second embodiment,
12 die
Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –730V bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
beträgt, 12 the current distribution when the negative VS voltage is -730V in the semiconductor device according to the second embodiment,
13 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
dieser Erfindung, 13 12 is a cross-sectional view of the structure of a high voltage side driving portion in a semiconductor device according to a third embodiment of this invention;
14A und 14B den
Aufbau eines CMOS-Teils und ein Dotierungskonzentrationsprofils bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform, 14A and 14B the constitution of a CMOS part and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the third embodiment;
15 ein
Diagramm, das Vergleichsresultate einer Übergangs-Durchbruchsspannung
der Halbleiter vorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
und einer Übergangs-Durchbruchs-spannung
der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt, 15 12 is a diagram showing comparison results of a junction breakdown voltage of the semiconductor device according to the third embodiment and a junction breakdown voltage of the semiconductor device according to the first embodiment;
16 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus des Diodenteils mit einer hohen
Durchbruchsspannung bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
dieser Erfindung, 16 12 is a cross-sectional view of the structure of the diode portion with a high breakdown voltage in a semiconductor device according to a fourth embodiment of this invention;
17 ein
Diagramm, das die Korrelation zwischen der Breite einer vergrabenen
n-Schicht und der Durchbruchsspannung bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt, 17 FIG. 12 is a graph showing the correlation between the width of a buried n-layer and the breakdown voltage in the semiconductor device according to the fourth embodiment; FIG.
18A und 18B den
Aufbau des Diodenteils mit der hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, 18A and 18B the structure of the diode portion with the high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the fourth embodiment,
19 ein
Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen eine Anode und eine Kathode bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt, 19 12 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between an anode and a cathode in the semiconductor device according to the fourth embodiment;
20 die
Potentialverteilung und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, 20 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the semiconductor device according to the fourth embodiment;
21A und 21B den
Aufbau des Diodenteils mit der hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, 21A and 21B the structure of the diode portion with the high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the fourth embodiment,
22 ein
Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt, 22 a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the anode and the cathode at the Halbleitervorrich tion according to the fourth embodiment,
23 die
Potentialverteilung und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform, 23 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the semiconductor device according to the fourth embodiment;
24 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines Diodenteils mit einer hohen
Durchbruchsspannung bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
dieser Erfindung, 24 12 is a cross-sectional view of the structure of a high breakdown voltage diode part in a semiconductor device according to a fifth embodiment of this invention;
25 ein
Diagramm, das die Korrelation zwischen der Breite einer vergrabenen
n+-Schicht und der Durchbruchsspannung bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt, 25 FIG. 4 is a graph showing the correlation between the width of a buried n.sup. + layer and the breakdown voltage in the semiconductor device according to the fifth embodiment;
26 ein
Diagramm, das die Durchbruchsspannungskurven bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt, 26 FIG. 12 is a graph showing the breakdown voltage curves in the semiconductor device according to the fifth embodiment; FIG.
27A und 27B den
Aufbau des Diodenteils mit der hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, 27A and 27B the structure of the diode portion with the high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the fifth embodiment,
28 ein
Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen eine Anode und eine Kathode bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt, 28 12 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between an anode and a cathode in the semiconductor device according to the fifth embodiment;
29 die
Potentialverteilung und Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der fünften Ausführungsform, 29 the potential distribution and current distribution when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the semiconductor device according to the fifth embodiment;
30A und 30B den
Aufbau des Diodenteils mit der hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, 30A and 30B the structure of the diode portion with the high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the fifth embodiment,
31 ein
Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt, 31 12 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the semiconductor device according to the fifth embodiment;
32 die
Potentialverteilung und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anode und die Kathode bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, 32 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the semiconductor device according to the fifth embodiment;
33 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines MOS-Teils mit einer hohen
Durchbruchsspannung bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
sechsten Ausführungsform
dieser Erfindung, 33 12 is a cross-sectional view of the structure of a high breakdown voltage MOS portion in a semiconductor device according to a sixth embodiment of this invention;
34 ein
Diagramm, das die Korrelation zwischen der Breite einer vergrabenen
n-Schicht und der Durchbruchsspannung bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der sechsten
Ausführungsform
zeigt, 34 FIG. 12 is a graph showing the correlation between the width of a buried n-layer and the breakdown voltage in the semiconductor device according to the sixth embodiment; FIG.
35A und 35B den
Aufbau des MOS-Teils mit einer hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform, 35A and 35B the structure of the MOS part with a high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the sixth embodiment,
36 ein
Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung
zwischen VB und eine Source bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform
zeigt, 36 12 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between VB and a source in the semiconductor device according to the sixth embodiment;
37 die
Potentialverteilung und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen VB
und die Source bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform, 37 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between VB and the source in the semiconductor device according to the sixth embodiment;
38 eine Querschnittsansicht des Aufbaus des MOS-Teils mit einer hohen
Durchbruchsspannung bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
siebten Ausführungsform
dieser Erfindung, 38 12 is a cross-sectional view of the structure of the high breakdown voltage MOS portion in a semiconductor device according to a seventh embodiment of this invention;
39 ein Diagramm, das die Korrelation zwischen
der Breite einer vergrabenen n+-Schicht und
der Durchbruchsspannung bei der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführung
zeigt, 39 FIG. 12 is a graph showing the correlation between the width of a buried n + layer and the breakdown voltage in the semiconductor device according to the seventh embodiment; FIG.
40A und 40B den
Aufbau des MOS-Teils mit einer hohen Durchbruchsspannung und ein
Dotierungskonzentrationsprofil bei der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform, 40A and 40B the structure of the MOS part with a high breakdown voltage and a doping concentration profile in the semiconductor device according to the seventh embodiment,
41 ist ein Diagramm, das die elektrischen Felder
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen VB und einer Source bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform
zeigt, 41 FIG. 15 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between VB and a source in the semiconductor device according to the seventh embodiment; FIG.
42 die Potentialverteilung und die Stromverteilung
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen VB und der Source bei der
Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform, 42 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between VB and the source in the semiconductor device according to the seventh embodiment;
43 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
niederspannungsseitig treibenden Abschnitts bei einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer achten
Ausführungsform
dieser Erfindung, 43 12 is a cross-sectional view of the structure of a low-voltage side driving portion in a semiconductor device according to an eighth embodiment of this invention;
44 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
CMOS-Teils bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform
dieser Erfindung, 44 FIG. 12 is a cross-sectional view of the structure of a CMOS part in a semiconductor device according to a ninth embodiment of this invention; FIG.
45 ein Diagramm, dass die Korrelation zwischen
der Breite einer vergrabenen n+-Schicht und
die Betriebsaufnahmespannung eines parasitären Thyristors bei der Halbleitervorrichtung
gemäß einer
neunten Ausführungsform
zeigt, 45 FIG. 12 is a graph showing the correlation between the width of a buried n + layer and the operating pickup voltage of a parasitic thyristor in the semiconductor device according to a ninth embodiment; FIG.
46 ein Diagramm, das die Werte der Ströme, die
beim Anlegen der negativen VS-Spannung bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der neunten
Ausführungsform
durch die Elektroden fließen, zeigt, 46 a diagram showing the values of the currents that are applied when applying the negative VS span When the semiconductor device according to the ninth embodiment flows through the electrodes, FIG.
47 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –140V bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten
Ausführungsform
beträgt, 47 the current distribution when the negative VS voltage is -140V in the semiconductor device according to the ninth embodiment,
48 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –150V bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten
Ausführungsform
beträgt, 48 the current distribution when the negative VS voltage is -150V in the semiconductor device according to the ninth embodiment,
49 bis 51 Querschnittsansichten des
Aufbaus des CMOS-Teils
bei der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform, 49 to 51 Cross sectional views of the structure of the CMOS part in the semiconductor device according to the ninth embodiment,
52 ein Diagramm, das die Werte der Ströme zeigt,
die beim Anlegen der negativen VS-Spannung bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der neunten
Ausführungsform
durch die Elektroden fließen, 52 12 is a graph showing the values of the currents flowing through the electrodes when the negative VS voltage is applied to the semiconductor device according to the ninth embodiment;
53 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung –17V bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten
Ausführungsform
beträgt, 53 the current distribution when the negative VS voltage is -17V in the semiconductor device according to the ninth embodiment,
54 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung bei der
Halbleitervorrichtung gemäß der neunten
Ausführungsform –40V beträgt, 54 the current distribution when the negative VS voltage in the semiconductor device according to the ninth embodiment is -40V,
55 ein Blockdiagramm, das in schematischer Weise
eine Konfiguration einer Leistungsvorrichtung und einer Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung
zeigt, 55 FIG. 12 is a block diagram schematically showing a configuration of a power device and a power device driving device. FIG.
56 einen Schaltplan einer Konfiguration eines
Hauptteils in einem hochspannungsseitig treibenden Abschnitt, 56 a circuit diagram of a configuration of a main part in a high voltage side driving section,
57 eine Draufsicht, die in schematischer Weise
das Layout des hochspannungsseitig treibenden Abschnitts zeigt, 57 FIG. 12 is a plan view schematically showing the layout of the high voltage side driving section; FIG.
58 und 59 Querschnittsansichten des
Aufbaus des hochspannungsseitig treibenden Abschnitts bei einer
bekannten Halbleitervorrichtung, 58 and 59 Cross sectional views of the structure of the high-voltage side driving portion in a conventional semiconductor device,
60 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
CMOS-Teils bei der bekannten Halbleitervorrichtung, 60 12 is a cross-sectional view of the structure of a CMOS part in the conventional semiconductor device;
61A und 61B den
Aufbau des CMOS-Teils und eines Dotierungskonzentrationsprofils
bei der bekannten Halbleitervorrichtung, 61A and 61B the structure of the CMOS part and a doping concentration profile in the conventional semiconductor device,
62 ein Diagramm, das die Werte der Ströme zeigt,
die durch die Elektroden beim Anlegen der negativen VS-Spannung
bei der bekannten Halbleitervorrichtung fließen, 62 FIG. 12 is a graph showing the values of the currents flowing through the electrodes when the negative VS voltage is applied to the conventional semiconductor device; FIG.
63 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung bei der
bekannten Halbleitervorrichtung –17V beträgt, 63 the current distribution when the negative VS voltage is -17V in the conventional semiconductor device,
64 die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung bei der
bekannten Halbleitervorrichtung –43V beträgt, 64 the current distribution when the negative VS voltage is -43V in the conventional semiconductor device,
65 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
MOS-Teils mit einer hohen Durchbruchsspannung bei der bekannten
Halbleitervorrichtung, 65 12 is a cross-sectional view of the structure of a high breakdown voltage MOS part in the conventional semiconductor device;
66 ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim
Anlegen einer Hochspannung zwischen einer Drain und einer Source
bei der bekannten Halbleitervorrichtung zeigt, 66 FIG. 3 is a diagram showing the electric fields when a high voltage is applied between a drain and a source in the conventional semiconductor device. FIG.
67 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
Diodenteils mit einer Durchbruchsspannung bei der bekannten Halbleitervorrichtung, 67 12 is a cross-sectional view showing the structure of a diode part having a breakdown voltage in the conventional semiconductor device;
68 ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim
Anlegen einer Hochspannung zwischen einer Anode und einer Kathode
bei der bekannten Halbleitervorrichtung zeigt, 68 FIG. 4 is a diagram showing electric fields when a high voltage is applied between an anode and a cathode in the conventional semiconductor device; FIG.
69 die Potentialverteilung und die Stromverteilung
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen der Anode und der Kathode
bei der bekannten Halbleitervorrichtung, 69 the potential distribution and the current distribution when a high voltage is applied between the anode and the cathode in the conventional semiconductor device,
70 eine Querschnittsansicht des Aufbaus des MOS-Teils mit der hohen
Durchbruchsspannung bei der bekannten Halbleitervorrichtung, 70 12 is a cross-sectional view of the structure of the high breakdown voltage MOS portion in the conventional semiconductor device;
71 ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim
Anlegen einer Hochspannung zwischen VB und der Source bei der bekannten
Halbleitervorrichtung zeigt, und 71 a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between VB and the source in the known semiconductor device, and
72 die Potentialverteilung und Stromverteilung
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen VB und der Source bei der
bekannten Halbleitervorrichtung. 72 the potential distribution and current distribution when applying a high voltage between VB and the source in the conventional semiconductor device.
Eine
schematische Konfiguration einer Leistungsvorrichtung und einer
Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung gemäß dieser Erfindung ist gleich
der in 55 gezeigten. Eine Konfiguration
eines Hauptteils bei dem hochspannungsseitig treibenden Abschnitt 101 gemäß dieser
Erfindung ist die gleiche wie die in 56 gezeigte.
Das schematische Layout des hochspannungsseitig treibenden Abschnitt 101 gemäß dieser
Erfindung ist das gleiche wie das in 57 gezeigte.A schematic configuration of a power device and a power device driving device according to this invention is the same as in FIG 55 . shown A configuration of a main part in the high-voltage side driving section 101 according to this invention is the same as that in 56 . shown The schematic layout of the high voltage side driving section 101 according to this invention is the same as that in 57 . shown
Bezugnehmend
auf 55 führen die N-Kanal-Bipolartransistoren
mit isoliertem Gate (hier im folgenden als "IGBT" bezeichnet) 51 und 52,
die Leistungs-Schaltvorrichtungen sind, das Umschalten einer Hochspannung
HV, die eine Hauptspannungsversorgung ist, durch. Mit dem Knoten
N30 ist eine Last verbunden. Die Freilaufdioden D1 und D2 schützen die
IGBTs 51 und 52 gegen eine gegenelektromotorische
Spannung von der mit dem Knoten N30 verbundenen Last.Referring to 55 lead the N-channel insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as "IGBT") 51 and 52 , which are power switching devices, switching ei ner high voltage HV, which is a main power supply through. A load is connected to node N30. The freewheeling diodes D1 and D2 protect the IGBTs 51 and 52 against back electromotive voltage from the load connected to node N30.
Eine
Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung 100 treibt die
IGBTs 51 und 52 und arbeitet entsprechend eines
hochspannungsseitigen Steuereingangs HIN, der den IGBT 51 steuert
und eines niederspannungsseitigen Steuereingangs LIN, der den IGBT 52 steuert.
Die Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung 100 beinhaltet
den hochspannungsseitigen Treiberabschnitt 101, der den
IGBT 51 treibt, einen niederspannungsseitigen Treiberabschnitt 102, der
den IGBT 52 treibt und einen Steuereingangs-Verarbeitungsabschnitt 103.A power device driver device 100 drives the IGBTs 51 and 52 and operates according to a high-voltage side control input HIN, which the IGBT 51 controls and a low-voltage side control input LIN, the IGBT 52 controls. The power device driver device 100 includes the high voltage side driver section 101 who is the IGBT 51 drives, a low-voltage side driver section 102 who is the IGBT 52 drives and a control input processing section 103 ,
Wenn
die IGBTs 51 und 52 gleichzeitig in den AN-Zustand
eintreten tritt beispielsweise eine unerwünschte Situation auf, in der
ein Durchflussstrom durch die IGBTs 51 und 52 fließt und somit
einen Stromfluss durch die Last verhindert. Zur Verhinde rung des
Auftretens einer derartigen Situation wirkt der Steuereingangs-Prozessierungsabschnitt 103 auf
den hochspannungsseitigen Treiberabschnitt 101 und den
niederspannungsseitigen Treiberabschnitt 102 basierend
auf den Steuereingängen
HIN und LIN ein.If the IGBTs 51 and 52 At the same time entering the ON state, for example, an undesirable situation occurs in which a flow through the IGBTs 51 and 52 flows and thus prevents a flow of current through the load. To prevent the occurrence of such a situation, the control input processing section operates 103 on the high voltage side driver section 101 and the low-voltage side driver section 102 based on the control inputs HIN and LIN.
Die
Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung 100 beinhaltet
ebenfalls einen mit einer Emitterelektrode des IGBT 51 verbundenen
VS-Anschluss, einen mit der Emitterelektrode des IGBT 51 über einen
Kondensator C1 verbundenen VB-Anschluss, einen mit einer Steuerelektrode
des IGBT 51 verbundenen HO-Anschluss, einen mit einer Emitterelektrode
des IGBT 52 verbundenen COM-Anschluss, einen mit der Emitterelektrode
des IGBT 52 über
einen Kondensator C2 verbundenen VCC-Anschluss, einen mit einer
Steuerelektrode des IGBT 52 verbundenen LO-Anschluss und
einen GND-Anschluss. VS ist eine hochspannungsseitig schwebende
Offsetspannung, die ein Standardpotential des hochspannungsseitig
treibenden Abschnitts 101 ist. VB ist eine hochspannungsseitig
schwebende Versorgungs-Absolutspannung, die eine Versorgungsspannung
des hochspannungsseitig treibenden Abschnitts 101 ist und
von einer nicht gezeigten hochspannungsseitig schwebenden Spannungsversorgung
zugeführt
wird. HO ist ein hochspannungsseitiges Treibersignal, das von dem
hochspannungsseitigen Treiberabschnitt 101 ausgegeben wird.
COM ist eine gemeinsame Masse. VCC ist eine niederspannungsseitige
feste Versorgungsspannung, das heißt eine Spannungsversorgung
des niederspannungsseitigen Treiberabschnitts 102 und wird
von einer nicht gezeigten niederspannungsseitigen festen Spannungsversorgung zugeführt. LO
ist ein niederspannungsseitiges Treibersignal, das von dem niederspannungsseitig
treibenden Abschnitt 102 ausgegeben wird. GND ist ein Massepotential.The power device driver device 100 also includes one with an emitter electrode of the IGBT 51 connected VS terminal, one with the emitter electrode of the IGBT 51 via a capacitor C1 connected VB connection, one with a control electrode of the IGBT 51 connected HO terminal, one with an emitter electrode of the IGBT 52 connected COM port, one with the emitter electrode of the IGBT 52 a VCC connection connected via a capacitor C2, one with a control electrode of the IGBT 52 connected LO port and a GND port. VS is a high voltage side floating offset voltage, which is a standard potential of the high voltage side driving section 101 is. VB is a high voltage side floating supply absolute voltage, which is a supply voltage of the high voltage side driving section 101 is and is supplied from a not shown high-voltage side floating power supply. HO is a high voltage side drive signal supplied from the high voltage side driver section 101 is issued. COM is a common crowd. VCC is a low-voltage side fixed supply voltage, that is, a voltage supply of the low-voltage side driver section 102 and is supplied from a low voltage side fixed power supply, not shown. LO is a low-voltage side drive signal supplied from the low-voltage side driving section 102 is issued. GND is a ground potential.
Die
Kondensatoren C1 und C2 sind vorgesehen zu bewirken, dass die dem
hochspannungsseitig treibenden Abschnitt 101 und dem niederspannungsseitig
treibenden Abschnitt 102 zugeführten Versorgungsspannungen
den mit dem Betrieb der Leistungsvorrichtung verbundenen Potentialschwankungen
folgen.The capacitors C1 and C2 are provided to cause the high voltage side driving portion 101 and the low-voltage side driving section 102 supplied supply voltages follow the potential fluctuations associated with the operation of the power device.
Mit
einer derartigen oben beschriebenen Konfiguration führt die
Leistungsvorrichtung basierend auf den Steuereingängen HIN
und LIN ein Umschalten der Hauptspannungsversorgung durch.With
such a configuration described above leads the
Power device based on the control inputs HIN
and LIN a switching of the main power supply through.
Der
hochspannungsseitige Treiberabschnitt 101, der bezüglich des
Massepotentials GND der Schaltung in einem Zustand des schwebenden
Potentials ist, hat eine Pegelschieberschaltung zum Übertragen
eines Treibersignals an eine hochspannungsseitige Schaltung.The high-voltage side driver section 101 which is in a state of floating potential with respect to the ground potential GND of the circuit, has a level shift circuit for transmitting a drive signal to a high voltage side circuit.
Bezugnehmend
auf 56 wirkt der MOS 11 mit
hoher Durchbruchsspannung, der ein Schaltelement ist, als die oben
erwähnte
Pegelschiebeschaltung. Die CMOS-Schaltung (hier im folgenden als "CMOS" bezeichnet) 12 ist
ein Schaltelement zum Ausgeben eines hochspannungsseitigen Treibersignals,
das sich aus dem pMOSFET und dem nMOSFET zusammensetzt und das hochspannungsseitige Treibersignal
HO ausgibt. Ein Pegelschiebewiderstand 13 stellt ein Gatepotential
des CMOS 12 ein und wirkt als ein Pull-Up-Widerstand (Hochziehwiderstand).
Eine Steuerlogikschaltung 90 setzt sich aus einem Widerstand,
einem Inverter, einem Interlock (Verriegelung) und so weiter zusammen.Referring to 56 the MOS works 11 high breakdown voltage, which is a switching element, as the above-mentioned level shift circuit. The CMOS circuit (hereinafter referred to as "CMOS") 12 is a switching element for outputting a high voltage side drive signal composed of the pMOSFET and the nMOSFET and outputting the high voltage side drive signal HO. A level shift resistance 13 represents a gate potential of the CMOS 12 and acts as a pull-up resistor. A control logic circuit 90 is composed of a resistor, an inverter, an interlock, and so on.
Der
MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung führt entsprechend dem hochspannungsseitigen
Steuereingang HIN ein Umschalten des CMOS 12 durch. Der
CMOS 12 führt
ein Umschalten einer Spannung zwischen der hochspannungsseitig schwebenden
Versorgungs-Absolutspannung
VB und der hochspannungsseitig schwebenden Offsetspannung VS durch
zum Ausgeben eines Treibersignals an den hochspannungsseitigen Treibersignalausgang
HO, wodurch das hochspannungsseitige Schaltelement (IGBT 51)
der extern angeschlossenen Leistungsvorrichtung getrieben wird.The MOS 11 with high breakdown voltage leads according to the high-voltage side control input HIN a switching of the CMOS 12 by. The CMOS 12 performs switching of a voltage between the high voltage side floating supply absolute voltage VB and the high voltage side floating offset voltage VS by outputting a drive signal to the high voltage side drive signal output HO, whereby the high voltage side switching element (IGBT 51 ) of the externally connected power device.
In
der folgenden Beschreibung werden der CMOS 12 und der Pegelschiebewiderstand 13 zusammen
als "hochspannungsseitige
Treiberschaltung" bezeichnet.In the following description will be the CMOS 12 and the level shift resistance 13 together referred to as "high voltage side driver circuit".
Bezugnehmend
auf 57 wird die aus dem CMOS 12 und
dem Pegelschiebewiderstand 13 bestehende hochspannungsseitige
Treiberschaltung in 56 in einer Region R1 ausgebildet,
die als Hochspannungsinsel bezeichnet wird. Der MOS 11 mit
hoher Durchbruchsspannung in 56 ist
in einer Region R2 ausgebildet. Die Regionen R1 und R2 werden abgeschirmt,
indem ihre entsprechenden äußeren Ränder mit
Aluminiumleitungen 16 und 17 umgeben werden, die
auf dem Massepotential GND liegen.Referring to 57 will be out of the CMOS 12 and the level shift resistance 13 existing high-voltage side driver circuit in 56 formed in a region R1, which is referred to as a high voltage island. The MOS 11 with high breakdown voltage in 56 is formed in a region R2. The regions R1 and R2 are shielded by their corresponding outer edges with aluminum leads 16 and 17 are surrounded, which are at the ground potential GND.
Ausführungsformen
der Halbleitervorrichtung gemäß dieser
Erfindung werden im Detail beschrieben.embodiments
the semiconductor device according to this
Invention will be described in detail.
Erste AusführungsformFirst embodiment
1 ist
eine Querschnittsansicht des hochspannungsseitig treibenden Abschnitts 101 gemäß einer
ersten Ausführungsform
dieser Erfindung entlang der Linie B-B in 57.
Wie gezeigt sind in der Deckfläche
des p--Substrats 200 eine p+-Trennung 201, die n--Dotierungsregion 110 und
die n-Dotierungsregionen 117 und 121 ausgebildet.
In der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 ist
die p-Wanne 131 ausgebildet. Die p+-Isolation 201 reicht
zu dem p--Substrat 200 mit dem
niedrigsten Potential (GND-Potential oder COM-Potential) in der
Schaltung. Die p-Wanne 111 ist unter der n+-Sourceregion 112 des
MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung derart ausgebildet,
dass sie über
einen Gateisolationsfilm 115a zu dem Boden der Gateelektrode 116a reicht
zum Bilden einer Kanalregion des MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung.
In der Deckfläche
der p-Wanne 111 sind eine p+-Dotierungsregion 113 und die
n+-Sourceregion 112 in Kontakt
zu der Sourceelektrode 114 ausgebildet. In der Deckfläche der
n-Dotierungsregion 117 ist
die n+-Drainregion 118 in Kontakt
zu der Drainelektrode 119 des MOS 11 mit der hohen
Durchbruchsspannung ausgebildet. 1 is a cross-sectional view of the high voltage side driving section 101 according to a first embodiment of this invention along the line BB in FIG 57 , As shown, in the top surface of the p - substrate 200 a p + separation 201 , the n - doping region 110 and the n-type dopant regions 117 and 121 educated. In the top surface of the n-type doping region 121 is the p-tub 131 educated. The p + isolation 201 reaches to the p - substrate 200 with the lowest potential (GND potential or COM potential) in the circuit. The p-tub 111 is under the n + source region 112 of the MOS 11 high breakdown voltage is formed so as to have a gate insulating film 115a to the bottom of the gate electrode 116a is enough to form a channel region of the MOS 11 with high breakdown voltage. In the top surface of the p-tub 111 are a p + -doping region 113 and the n + source region 112 in contact with the source electrode 114 educated. In the top surface of the n-type doping region 117 is the n + drain region 118 in contact with the drain electrode 119 of the MOS 11 formed with the high breakdown voltage.
Die
Drainelektrode 119 des MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung
ist mit den Gateelektroden 125 und 136 des pMOSFET
bzw. des nMOSFET, die den CMOS 12 bilden, verbunden und
ebenfalls mit der Sourceelektrode 128 des pMOSFET und dem VB-Anschluss über den
Pegelschiebewiderstand 13 verbunden.The drain electrode 119 of the MOS 11 with high breakdown voltage is with the gate electrodes 125 and 136 of the pMOSFET and the nMOSFET, respectively, the CMOS 12 form, connected and also with the source electrode 128 of the pMOSFET and the VB terminal via the level shift resistor 13 connected.
In
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121, in der der CMOS 12 ausgebildet
ist, sind eine p+-Sourceregion 126 und
eine n+-Dotierungsregion 127 in
Kontakt zu der Sourceelektrode 128 des pMOSFET ausgebildet
und eine p+-Drainregion 122 ist
in Kontakt zu einer Drainelektrode 123 ausgebildet. Die
Drainelektrode 123 ist mit dem HO-Anschluss verbunden.
Auf der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 ist über einen
Gateisolationsfilm 124 die Gateelektrode 125 des
pMOSFET ausgebildet.In the top surface of the n-type doping region 121 in which the CMOS 12 is formed are a p + source region 126 and an n + -type region 127 in contact with the source electrode 128 formed of the pMOSFET and a p + drain region 122 is in contact with a drain electrode 123 educated. The drain electrode 123 is connected to the HO port. On the top surface of the n-type doping region 121 is over a gate insulation film 124 the gate electrode 125 formed of the pMOSFET.
In
der Deckfläche
der p-Wanne 131, in der der nMOSFET ausgebildet ist, ist
eine n+-Drainregion 137 in Kontakt
zu einer Drainelektrode 138 des nMOSFET ausgebildet und
eine n+-Sourceregion 133 und eine
p+-Dotierungsregion 132 sind in
Kontakt zu einer Sourceelektrode 134 ausgebildet. Die Sourceelektrode 134 ist
mit dem VS-Anschluss verbunden und die Drainelektrode 138 ist
mit dem HO-Anschluss verbunden. Auf der Deckfläche der p-Wanne 131 ist über einen
Gateisolationsfilm 135 die Gateelektrode 136 des
nMOSFET ausgebildet.In the top surface of the p-tub 131 in which the nMOSFET is formed is an n + drain region 137 in contact with a drain electrode 138 of the nMOSFET and an n + source region 133 and a p + -type region 132 are in contact with a source electrode 134 educated. The source electrode 134 is connected to the VS terminal and the drain electrode 138 is connected to the HO port. On the top surface of the p-tub 131 is over a gate insulation film 135 the gate electrode 136 formed of nMOSFET.
In
dem p--Substrat 200 ist eine n+-Dotierungsregion (hier im folgenden als "vergrabene n+-Schicht" bezeichnet) 20 mit
einer Dotierungskonzentration ausgebildet, die höher ist als jene der n-Dotierungsregion 121.
Die vergrabene n+-Schicht 20 ist
in Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in einer größeren Tiefe als die n-Dotierungsregion 121 ausgebildet.
Beispielsweise ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n+-Schicht 20 in der Größenordnung von
1017cm-3.In the p - substrate 200 is an n + doping region (hereinafter referred to as "buried n + layer") 20 with a doping concentration higher than that of the n-type doping region 121 , The buried n + layer 20 is in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 at a greater depth than the n-type doping region 121 educated. For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 20 in the order of 10 17 cm -3 .
2A zeigt
einen vereinfachten Aufbau des CMOS-Teils gemäß der ersten Ausführungsform, entsprechend 61A bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Aus
Gründen
der Handhabung sind die Positionen des nMOSFET und des pMOSFET in 1 in
der 2A vertauscht. Eine pMOS-Rückgateelektrode (pBG) in 2A entspricht
der Sourceelektrode 128 in 1. 2B zeigt
ein Dotierungskonzentrationsprofil von der Deckfläche der
n+-Dotierungsregion 127 in
die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen
auf eine Position, an der in 2A die
pMOS-Rückgateelektrode
ausgebildet ist. Bei einem Vergleich von 2B und 61B wird deutlich, dass in der Region, in der
die vergrabene n+-Schicht in 2B ausgebildet
ist, die n-Dotierungskonzentration
höher ist
als in der Region, in der die n-Dotierungsregion 121 in 61B ausgebildet ist, und die n-Dotierung in eine größere Tiefe des p--Substrats 200 eingebracht
wird, wenn die vergrabene n+-Schicht 20 ausgebildet
wird. 2A shows a simplified structure of the CMOS part according to the first embodiment, according to 61A in the known semiconductor device. For reasons of handling, the positions of the nMOSFET and the pMOSFET are in 1 in the 2A reversed. A pMOS back gate electrode (pBG) in 2A corresponds to the source electrode 128 in 1 , 2 B shows a doping concentration profile from the top surface of the n + -type doping region 127 in the depth direction of the p - substrate 200 in relation to a position at which 2A the pMOS backgate electrode is formed. In a comparison of 2 B and 61B becomes clear that in the region where the buried n + layer in 2 B is formed, the n-type doping concentration is higher than in the region in which the n-type doping region 121 in 61B is formed, and the n-type doping into a greater depth of the p - substrate 200 is introduced when the buried n + layer 20 is trained.
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
ist die vergrabene n+-Schicht 20 in
Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet. Folglich ist der
Basiswiderstand eines parasitären
p-n-p-Bipolartransistors, der aus einer p-n-p-Struktur resultiert,
die sich aus dem p--Substrat 200,
der n-Dotierungsregion 121, der vergrabenen n+-Schicht 20 und
der p-Wanne 131 zusammensetzt, geringer als bei der bekannten
Halbleitervorrichtung (siehe 58),
bei der die vergrabene n+-Schicht 20 nicht
ausgebildet ist. Somit wird der Betrieb des parasitären p-n-p-Bipolartransistors sogar
in dem Fall von negativen Schwankungen der hochspannungsseitig schwebenden
Offsetspannung VS während
des Regenerierungszeitraums unterdrückt. Dies erlaubt gegenüber der
bekannten Halbleitervorrichtung ein Anwachsen des Absolutwerts der
Betriebsaufnahmespannung eines parasitären Thyristors, der aus einer
p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus dem p--Substrat 200,
der n-Dotierungsregion 121, der vergrabenen n+-Schicht 20,
der p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt,
was wiederum ein Anwachsen der Widerstandsfähigkeit des CMOS 12 gegenüber einem Latch-Up-Ausfall erlaubt.In the semiconductor device according to the first embodiment, the buried n + layer is 20 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 educated. Consequently, the base resistance of a parasitic pnp bipolar transistor resulting from a pnp structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n + layer 20 and the p-tub 131 lower than in the conventional semiconductor device (see 58 ), at which the buried n + layer 20 is not formed. Thus, the operation of the parasitic pnp bipolar transistor is suppressed even in the case of negative fluctuations of the high-voltage side floating offset voltage VS during the regeneration period. This allows an increase in the absolute value of the operating pick-up voltage of a parasitic over the known semiconductor device Thyristor resulting from a pnpn structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n + layer 20 , the p-tub 131 and the n + source region 133 which, in turn, increases CMOS resilience 12 allowed against a latch-up failure.
Dieser
Effekt wird im Detail beschrieben. Der vereinfachte Aufbau des CMOS-Teils
bei der bekannten Halbleitervorrichtung, die in 60 gezeigt ist, bei der zusätzlich unter der n-Dotierungsregion 121 die
vergrabene n+-Schicht 20 ausgebildet ist,
ist der Aufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist
ein Diagramm, das den Wert des durch die Bulk-Elektrode, die pMOS-Sourceelektrode
und die nMOS-Sourceelektrode fließenden Stroms zeigt beim Anlegen
der negativen VS-Spannung an die VS-Elektrode bezogen auf die Struktur
von 60, bei der zusätzlich die
vergrabene n+-Schicht 20 ausgebildet ist.
In 3 ist gezeigt, dass der durch die nMOS-Sourceelektrode
fließende Strom
nahezu gleich dem durch die pMOS-Sourceelektrode fließenden Strom
wird, wenn die negative VS-Spannung ungefähr –80V ist.This effect will be described in detail. The simplified structure of the CMOS part in the conventional semiconductor device disclosed in 60 in addition to the n-type doping region 121 the buried n + layer 20 is formed, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 3 FIG. 15 is a graph showing the value of the current flowing through the bulk electrode, the pMOS source electrode, and the nMOS source electrode when the negative VS voltage is applied to the VS electrode with respect to the structure of FIG 60 , in addition to the buried n + layer 20 is trained. In 3 It is shown that the current flowing through the nMOS source electrode becomes nearly equal to the current flowing through the pMOS source electrode when the negative VS voltage is approximately -80V.
4 zeigt
die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung in 3 –52V ist.
Es ist gezeigt, dass der Strom nicht durch die nMOS-Sourceelektrode
fließt,
wenn die negative VS-Spannung –52V
ist, und nicht den Betrieb des obigen parasitären Thyristors verursacht,
der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121 der
vergrabenen n+-Schicht 20, der
p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt. 4 shows the current distribution when the negative VS voltage in 3 -52V is. It is shown that the current does not flow through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -52V and does not cause the operation of the above parasitic thyristor resulting from a pnpn structure resulting from the p - - substratum 200 , the n-doping region 121 the buried n + layer 20 , the p-tub 131 and the n + source region 133 composed.
5 zeigt
die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung in 3 –109V ist.
Es ist gezeigt, dass durch die nMOS-Sourceelektrode ein Strom fließt, wenn
die negative VS-Spannung –109V ist,
was den Betrieb des obigen parasitären Thyristors verursacht. 5 shows the current distribution when the negative VS voltage in 3 Is -109V. It is shown that current flows through the nMOS source when the negative VS voltage is -109V, causing the above parasitic thyristor to operate.
Während bei
der bekannten Halbleitervorrichtung (siehe 64)
der parasitäre
Thyristor arbeitet, wenn die negative VS-Spannung –40V ist, arbeitet bei der
Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
(siehe 4) der parasitäre
Thyristor sogar dann nicht, wenn die negative VS-Spannung –52V beträgt. Es ist
deshalb gezeigt, dass bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
der Absolutwert der Betriebsaufnahmespannung des parasitären Thyristors
der bekannten Halbleitervorrichtung erhöht ist.While in the known semiconductor device (see 64 ), the parasitic thyristor operates when the negative VS voltage is -40V, works in the semiconductor device according to the first embodiment (see FIG 4 ) the parasitic thyristor does not even if the negative VS voltage is -52V. It is therefore shown that, in the semiconductor device according to the first embodiment, the absolute value of the operation receiving voltage of the parasitic thyristor of the conventional semiconductor device is increased.
6 ist
eine Querschnittsansicht des Aufbaus des hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts 101 gemäß einer
Abwandlung der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung, entsprechend 1. Anstelle
der vergrabenen n+-Schicht 20 in 1 ist
eine n-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene
n-Schicht" bezeichnet) 21 mit
einer Dotierungskonzentration, die niedriger ist als jene der vergrabenen
n+-Schicht 20, ausgebildet. Beispielsweise
ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n-Schicht 21 in der Größenordnung
von 1015cm-3. Wie
bei der vergrabenen n+-Schicht 20 ist
die vergrabene n-Schicht 21 in Kontakt zu der Bodenfläche der
n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 ausgebildet. 6 is a cross-sectional view of the structure of the high voltage side driving portion 101 according to a modification of the first embodiment of this invention, accordingly 1 , Instead of the buried n + layer 20 in 1 is an n-type impurity region (hereinafter referred to as "buried n-type layer") 21 with a doping concentration lower than that of the buried n + layer 20 , educated. For example, the maximum value of the doping concentration of the buried n-layer is 21 in the order of 10 15 cm -3 . As with the buried n + layer 20 is the buried n-layer 21 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 educated.
7A zeigt
einen vereinfachten Aufbau des CMOS-Teils gemäß der Abwandlung der ersten Ausführungsform,
entsprechend 2A. 7B zeigt
ein Dotierungskonzentrationsprofil von der Deckfläche der
n+-Dotierungsregion 127 in die
Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen
auf eine Position, an der in 7A die
pMOS-Rückgateelektrode
ausgebildet ist, entsprechend 2B. Ein
Vergleich von 7B und 61B zeigt,
dass die n-Dotierung
in eine größere Tiefe
in das p--Substrat 200 eingebracht
ist, wenn die vergrabene n-Schicht 21 ausgebildet ist. 7A shows a simplified structure of the CMOS part according to the modification of the first embodiment, according to 2A , 7B shows a doping concentration profile from the top surface of the n + -type doping region 127 in the depth direction of the p - substrate 200 in relation to a position at which 7A the pMOS backgate electrode is formed, accordingly 2 B , A comparison of 7B and 61B shows that the n-type doping into a greater depth in the p - substrate 200 is introduced when the buried n-layer 21 is trained.
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der Abwandlung
der ersten Ausführungsform
ist die vergrabene n-Schicht 21 in Kontakt mit der Bodenfläche der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet.
Folglich ist der Basiswiderstand eines parasitären p-n-p-Bipolartransistors, der aus einer p-n-p-Struktur
resultiert, die sich aus dem p--Substrat 200,
der n-Dotierungsregion 121, der vergrabenen n-Schicht 21 und
der p-Wanne 131 zusammensetzt, niedriger als jener bei der
bekannten Halbleitervorrichtung. Dies erlaubt ein Anwachsen der
Widerstandsfähigkeit
des CMOS 12 gegenüber
einem Latch-Up-Ausfall aus den gleichen Gründen, die oben beschrieben
wurden.In the semiconductor device according to the modification of the first embodiment, the buried n-layer is 21 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 educated. Consequently, the base resistance of a parasitic pnp bipolar transistor resulting from a pnp structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n-layer 21 and the p-tub 131 lower than that in the conventional semiconductor device. This allows an increase in the resistance of the CMOS 12 against a latch-up failure for the same reasons described above.
Zweite AusführungsformSecond embodiment
8 ist
eine Querschnittsansicht des Aufbaus des hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts 101 gemäß einer
zweiten Ausführungsform dieser
Erfindung, entsprechend 1. Anstelle der vergrabenen
n+-Schicht 20 in 1 ist
eine n+-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene n+-Schicht" bezeichnet) 22 mit
einer Dotierungskonzentration, die höher als jene der vergrabenen n+-Schicht 20 ist, ausgebildet. Beispielsweise
ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n+-Schicht 22 in der Größenordnung
von 1018cm-3. Wie
bei der vergrabenen n+-Schicht 20 ist die
vergrabene n+-Schicht 22 in Kontakt
zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 ausgebildet. 8th is a cross-sectional view of the structure of the high voltage side driving portion 101 according to a second embodiment of this invention, accordingly 1 , Instead of the buried n + layer 20 in 1 is an n + doping region (hereinafter referred to as "buried n + layer") 22 with a doping concentration higher than that of the buried n + layer 20 is, trained. For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 22 in the order of 10 18 cm -3 . As with the buried n + layer 20 is the buried n + layer 22 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 educated.
9A zeigt
einen vereinfachten Aufbau des CMOS-Teils gemäß der zweiten Ausführungsform,
entsprechend 2A. 9B zeigt
ein Dotierungskonzentrationsprofil von der Deckfläche der n+-Dotierungsregion 127 in die Tiefenrichtung
des p--Substrats 200 bezogen auf
eine Position, an der in 9A die
pMOS-Rückgateelektrode
ausgebildet ist, entsprechend 2B. Ein
Vergleich von 9B und 2B zeigt,
dass der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n+-Schicht 22 höher ist als jener der vergrabenen
n+-Schicht 20. 9A shows a simplified construction of the CMOS part according to the second embodiment, according to 2A , 9B shows a dotie tion concentration profile of the top surface of the n + -doping region 127 in the depth direction of the p - substrate 200 in relation to a position at which 9A the pMOS backgate electrode is formed, accordingly 2 B , A comparison of 9B and 2 B shows that the maximum value of the doping concentration of the buried n + layer 22 is higher than that of the buried n + layer 20 ,
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
weist die vergrabene n+-Schicht 22 eine
Konzentration auf, die höher
ist als jene der vergrabenen n+-Schicht 20 bei
der ersten Ausführungsform.
Dies erlaubt gegenüber
der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform ein
weiteres Anwachsen der Widerstandsfähigkeit des CMOS 12 gegenüber einem
Latch-Up-Ausfall.In the semiconductor device according to the second embodiment, the buried n + layer 22 a concentration higher than that of the buried n + layer 20 in the first embodiment. This allows a further increase in the resistance of the CMOS over the semiconductor device according to the first embodiment 12 against a latch-up failure.
Dieser
Effekt wird im Detail beschrieben. 10 ist
ein Diagramm, das den Wert des Stroms, der durch die Bulk-Elektrode,
die pMOS-Sourceelektrode und die nMOS-Sourceelektrode fließt, beim
Anlegen der negativen VS-Spannung an die VS-Elektrode bezogen auf
die Struktur von 60, bei der zusätzlich die
ver grabene n+-Schicht 22 ausgebildet ist,
zeigt. In 10 ist gezeigt, dass der durch
die nMOS-Sourceelektrode fließende
Strom nahezu gleich dem durch die pMOS-Sourceelektrode fließende Strom
ist, wenn die negative VS-Spannung ungefähr –400V ist.This effect will be described in detail. 10 FIG. 15 is a graph which shows the value of the current flowing through the bulk electrode, the pMOS source electrode, and the nMOS source electrode upon application of the negative VS voltage to the VS electrode with respect to the structure of FIG 60 , in which additionally the buried n + -layer 22 is formed, shows. In 10 It is shown that the current flowing through the nMOS source electrode is nearly equal to the current flowing through the pMOS source electrode when the negative VS voltage is about -400V.
11 zeigt
die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung in 10 –269V ist.
Es ist gezeigt, dass der Strom nicht durch die nMOS-Sourceelektrode
fließt,
wenn die negative VS-Spannung –269V
ist und nicht den Betrieb eines parasitären Thyristors verursacht,
der von einer p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der vergrabenen n+-Schicht 22 der
p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt. 11 shows the current distribution when the negative VS voltage in 10 Is -269V. It is shown that the current does not flow through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -269V and does not cause the operation of a parasitic thyristor resulting from a pnpn structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n + layer 22 the p-tub 131 and the n + source region 133 composed.
12 zeigt
die Stromverteilung, wenn die negative VS-Spannung in 10 –730V ist.
Es ist gezeigt, dass der Strom durch die nMOS-Sourceelektrode fließt, wenn
die negative VS-Spannung –730V ist,
was den Betrieb des obigen parasitären Thyristors verursacht. 12 shows the current distribution when the negative VS voltage in 10 -730V is. It is shown that the current flows through the nMOS source when the negative VS voltage is -730V, causing the above parasitic thyristor to operate.
Während gemäß der ersten
Ausführungsform
der parasitäre
Thyristor arbeitet, wenn die negative VS-Spannung –109V ist
(siehe 5), arbeitet bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
der parasitäre
Thyristor sogar dann nicht, wenn die negative VS-Spannung –269V beträgt (siehe 11).
Es ist deshalb gezeigt, dass der Absolutwert der Betriebsaufnahmespannung
des parasitären
Thyristors der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
erhöht
ist.While according to the first embodiment, the parasitic thyristor operates when the negative VS voltage is -109V (see 5 ), in the semiconductor device according to the second embodiment, the parasitic thyristor does not operate even when the negative VS voltage is -269V (see FIG 11 ). It is therefore shown that the absolute value of the operation receiving voltage of the parasitic thyristor of the semiconductor device according to the first embodiment is increased in the semiconductor device according to the second embodiment.
Dritte AusführungsformThird embodiment
13 ist
eine Querschnittsansicht des Aufbaus des hochspannungsseitig treibenden
Abschnitts 101 gemäß einer
dritten Ausführungsform dieser
Erfindung, entsprechend 1. Anstelle der vergrabenen
n+-Schicht 20 in 1 sind
eine n+- Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene n+-Schicht" bezeichnet) 23 mit
einer Dotierungskonzentration, die höher als jene der n-Dotierungsregion 121 ist,
und eine n-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene
n-Schicht" bezeichnet) 24 mit
einer Dotierungskonzentration, die niedriger als jene der vergrabenen
n+-Schicht 23 ist, ausgebildet.
Beispielsweise ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der
vergrabenen n+-Schicht 23 in der
Größenordnung
von 1018cm-3 und
der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen n-Schicht 24 ist
in der Größenordnung
von 1015cm-3. Wie
die vergrabene n+-Schicht 20 ist
die vergrabene n+-Schicht 23 in
Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 ausgebildet.
Die vergrabene n-Schicht 24 ist in Kontakt zu der Bodenfläche der
n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 dergestalt
ausgebildet, dass sie den Umfang der vergrabenen n+-Schicht 23 bedeckt. 13 is a cross-sectional view of the structure of the high voltage side driving portion 101 according to a third embodiment of this invention, accordingly 1 , Instead of the buried n + layer 20 in 1 are an n + impurity region (hereinafter referred to as "buried n + layer") 23 with a doping concentration higher than that of the n-type doping region 121 and an n-type impurity region (hereinafter referred to as "buried n-type layer") 24 with a doping concentration lower than that of the buried n + layer 23 is, trained. For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 23 in the order of 10 18 cm -3 and the maximum value of the doping concentration of the buried n-layer 24 is of the order of 10 15 cm -3 . Like the buried n + layer 20 is the buried n + layer 23 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 educated. The buried n-layer 24 is in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 shaped to be the circumference of the buried n + layer 23 covered.
14A zeigt einen vereinfachten Aufbau des CMOS-Teils
gemäß der dritten
Ausführungsform, entsprechend 2A. 14B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n+-Dotierungsregion 127 in
die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen
auf eine Position, an der in 14A die
pMOS-Rückgateelektrode
ausgebildet ist, entsprechend 2B. Ein
Vergleich von 14B und 9B zeigt,
dass die vergrabene n+-Schicht 23 und
die vergrabene n-Schicht 24 bei der dritten Ausführungsform
ein ähnliches
Dotierungskonzentrationsprofil aufweisen wie die vergrabene n+-Schicht 22 bei der zweiten Ausführungsform. Somit
hat die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform
nahezu die gleiche Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Latch-Up-Ausfall, wie die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform. 14A shows a simplified structure of the CMOS part according to the third embodiment, according to 2A , 14B shows a doping concentration profile from the top surface of the n + -type doping region 127 in the depth direction of the p - substrate 200 in relation to a position at which 14A the pMOS backgate electrode is formed, accordingly 2 B , A comparison of 14B and 9B shows that the buried n + layer 23 and the buried n-layer 24 in the third embodiment have a doping concentration profile similar to the buried n + layer 22 in the second embodiment. Thus, the semiconductor device according to the third embodiment has almost the same resistance to a latch-up failure as the semiconductor device according to the second embodiment.
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
ist die vergrabene n-Schicht 24 niedriger Konzentration
dergestalt ausgebildet, dass sie den Umfang der vergrabenen n+-Schicht 23 bedeckt,
wobei die vergrabene n-Schicht 24 in Kontakt mit der n-Dotierungsregion 121 ist.
Auch bei dieser Halb leitervorrichtung ist die Breite einer Verarmungsschicht,
die sich in der vergrabenen n-Schicht 24 erstreckt beim
Anlegen einer Sperrspannung zwischen dem p--Substrat 200 und
der vergrabenen n-Schicht 24 größer als die Weite einer Verarmungsschicht,
die sich in der vergrabenen n+-Schicht 20 ausbreitet beim
Anlegen einer Sperrspannung zwischen dem p--Substrat 200 und
der vergrabenen n+-Schicht 20 bei
der ersten Ausführungsform.In the semiconductor device according to the third embodiment, the buried n-layer is 24 low concentration formed such that it covers the circumference of the buried n + layer 23 covered, with the buried n-layer 24 in contact with the n-type doping region 121 is. Also in this semiconductor device, the width of a depletion layer located in the buried n-layer 24 extends when applying a reverse voltage between the p - substrate 200 and the buried n-layer 24 greater than the width of a depletion layer that is in the buried n + layer 20 spreads when applying a reverse voltage between the p - substrate 200 and the buried n + layer 20 in the first embodiment.
Beim
Anlegen einer Sperrspannung zwischen das p--Substrat 200,
die n-Dotierungsregion 121, die vergrabene n+-Schicht 23 und
die vergrabene n-Schicht 24 bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der dritten
Ausführungsform
werden folglich eine Verarmungsschicht, die sich in der n-Dotierungsregion 121 ausbreitet
und die Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n-Schicht 24 ausbreitet,
miteinander entlang einer gekrümmten
Oberfläche
der vergrabenen n-Schicht 24 verbunden. Die Weite der Verarmungsschicht,
die sich in der vergrabenen n-Schicht 24 ausbreitet, ist
größer als
die der Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n+-Schicht 20 ausbreitet. Dies vermindert
die elektrischen Felder auf wirkungsvollere Weise als bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform,
was ein Anwachsen der Übergangs-Durchbruchs-Spannung
erlaubt.When applying a blocking voltage between the p - substrate 200 , the n-type doping region 121 , the buried n + layer 23 and the buried n-layer 24 Thus, in the semiconductor device according to the third embodiment, a depletion layer buried in the n-type impurity region becomes 121 spreads and the depletion layer, which is in the buried n-layer 24 propagates together along a curved surface of the buried n-layer 24 connected. The vastness of the depletion layer, reflected in the buried n-layer 24 is larger than that of the depletion layer located in the buried n + layer 20 spreads. This more effectively reduces the electric fields than in the semiconductor device according to the first embodiment, allowing the junction breakdown voltage to increase.
15 ist
ein Diagramm, das Vergleichsergebnisse zeigt zwischen einer Übergangs-Durchbruchs-Spannung
zwischen dem p--Substrat 200 und der n-Dotierungsregion 121 und
der vergrabenen n+-Schicht 20 bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
und einer Übergangs-Durchbruchs-Spannung
zwischen dem p--Substrat 200 und
der n-Dotierungsregion 121 und der vergrabenen n-Schicht 24 bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform.
Es ist gezeigt, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
eine höhere Übergangs-Durchbruchsspannung
erreicht als die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 15 Fig . 12 is a graph showing comparison results between a junction breakdown voltage between the p - substrate 200 and the n-type doping region 121 and the buried n + layer 20 in the semiconductor device according to the first embodiment and a junction breakdown voltage between the p - substrate 200 and the n-type doping region 121 and the buried n-layer 24 in the semiconductor device according to the third embodiment. It is shown that the semiconductor device according to the third embodiment achieves a higher junction breakdown voltage than the semiconductor device according to the first embodiment.
Vierte AusführungsformFourth embodiment
16 ist
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
dieser Erfindung, die eine ausgewählte Region zeigt, in der die
Diode 14 mit hoher Durchbruchsspannung in der Struktur
von 59 ausgebildet ist, entsprechend 67 bezogen auf die bekannte Halbleitervorrichtung.
Aus Handhabungsgründen
sind die Positionen der Anode und der Kathode in 59 in der 16 vertauscht. 16 FIG. 12 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of this invention, showing a selected region in which the diode. FIG 14 with high breakdown voltage in the structure of 59 is formed accordingly 67 based on the known semiconductor device. For handling reasons, the positions of the anode and the cathode are in 59 in the 16 reversed.
Bezugnehmend
auf 16 sind in der Deckfläche des p--Substrats 200 die
p+-Isolation 144, eine p-Wanne 144b,
die mit der p+-Isolation 144 verbunden ist,
die mit der p-Wanne 144b verbundene n--Dotierungsregion 143 und
die mit der n--Dotierungsregion 143 verbundene
n-Dotierungsregion 121 ausgebildet. Eine p+-Dotierungsregion 144a ist
in der Deckfläche
der p-Wanne 144b ausgebildet und eine n+-Dotierungsregion 141 ist
in der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet. Die Diode 14 mit
hoher Durchbruchsspannung beinhaltet die Anodenelektrode 145 und
die Kathodenelektrode 142, wobei die Anodenelektrode 145 mit
der p+-Dotierungsregion 144a verbunden
ist und die Kathodenelektrode 142 mit der n+-Dotierungsregion 141 verbunden
ist. Auf der p-Wanne 144b ist über dem Gateisolationsfilm 115a die
Gateelektrode 116a ausgebildet, mit welcher ebenfalls die
Anodenelektrode 145 verbunden ist. Auf der n-Dotierungsregion 121 ist über einem
Isolationsfilm 115b eine Elektrode 116b ausgebildet,
mit welcher die Kathodenelektrode 142 ebenfalls verbunden
ist.Referring to 16 are in the top surface of the p - substrate 200 the p + isolation 144 , a p-tub 144b that with the p + isolation 144 connected to the p-tub 144b Connected n - doping region 143 and those with the n - doping region 143 connected n-type doping region 121 educated. A p + -doping region 144a is in the top surface of the p-tub 144b formed and an n + -doping region 141 is in the top surface of the n-type impurity region 121 educated. The diode 14 high breakdown voltage includes the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 wherein the anode electrode 145 with the p + -doping region 144a is connected and the cathode electrode 142 with the n + doping region 141 connected is. On the p-tub 144b is above the gate insulation film 115a the gate electrode 116a formed, with which also the anode electrode 145 connected is. On the n-doping region 121 is over an isolation film 115b an electrode 116b formed, with which the cathode electrode 142 is also connected.
In
dem p--Substrat 200 ist eine n-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene
n-Schicht" bezeichnet) 26 in
Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet. Beispielsweise ist
der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen n-Schicht 26 in
der Größenordnung
von 1015cm-3. Eine
Breite L1 der vergrabenen n-Schicht 26 ist kleiner als
eine Breite L2 der n-Dotierungsregion 121, so dass die
vergrabene n-Schicht 26 dergestalt
ausgebildet ist, dass sie nicht von einer Seitenfläche (linke
Seitenfläche
in 16) der n-- Dotierungsregion 143 zu
der Seite der Anodenelektrode 145 hervorsteht.In the p - substrate 200 is an n-type impurity region (hereinafter referred to as "buried n-type layer") 26 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 educated. For example, the maximum value of the doping concentration of the buried n-layer is 26 in the order of 10 15 cm -3 . A width L1 of the buried n-layer 26 is smaller than a width L2 of the n-type impurity region 121 so that the buried n-layer 26 is formed such that it is not from a side surface (left side surface in 16 ) of the n - - doping region 143 to the side of the anode electrode 145 protrudes.
Bezugnehmend
auf die Struktur von 16 sind die Hauptmaxima des
elektrischen Feldes beim Anlegen einer Hochspannung zwischen die
Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 das Maximum
E0 in dem rechten unteren Randabschnitt der n-Dotierungsregion 121 und ein
in dem rechten unteren Randabschnitt der vergrabenen n-Schicht 26 angeordnetes
Maximum E4.Referring to the structure of 16 are the main maxima of the electric field when a high voltage is applied between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 the maximum E0 in the right lower edge portion of the n-type impurity region 121 and one in the right lower edge portion of the buried n-layer 26 arranged maximum E4.
17 ist
ein Diagramm, das die Korrelation zwischen (L1-L2) und der Durchbruchsspannung zeigt,
wobei (L1-L2) in der Abszisse die Beziehung zwischen der Breite
L1 der vergrabenen n-Schicht 26 und
der Breite L2 der n-Dotierungsregion 121 in 16 bezeichnet.
Es ist gezeigt, dass die Durchbruchsspannung unter jene der bekannten
Halbleitervorrichtung sinkt, wenn L1=L2 oder L1>L2, während
eine Durchbruchsspannung erhalten wird, die höher als jene der bekannten
Halbleitervorrichtung ist, wenn L1<L2. 17 FIG. 15 is a graph showing the correlation between (L1-L2) and the breakdown voltage, where (L1-L2) in the abscissa represents the relationship between the width L1 of the buried n-layer 26 and the width L2 of the n-type impurity region 121 in 16 designated. It is shown that the breakdown voltage falls below that of the conventional semiconductor device when L1 = L2 or L1> L2, while a breakdown voltage higher than that of the conventional semiconductor device is obtained when L1 <L2.
18A zeigt einen vereinfachten Aufbau des Diodenteils
mit hoher Durchbruchsspannung gemäß der vierten Ausführungsform
unter der Bedingung L1>L2. 18B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen auf eine
mit einem Pfeil bezeichnete Position in 18A. 18A shows a simplified structure of the high breakdown voltage diode part according to the fourth embodiment under the condition L1> L2. 18B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 with reference to a position indicated by an arrow in FIG 18A ,
19 ist
ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 18A zeigt. 19 zeigt
ein elektrisches Feld an der Deckfläche der n--Dotierungsregion 143 (Si-Oberfläche), ein
elektrisches Feld an der Grenzfläche
zwischen der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 und
dem p--Substrat 200 (tiefer Übergang n/p--Substrat) und ein elektrisches Feld an
der Grenzfläche
zwischen der Bodenfläche
der vergrabenen n-Schicht 26 und dem p--Substrat 200 (tiefer Übergang
vergrabene n-Schicht/p-- Substrat). Ein Vergleich zwischen 19 und
der auf die bekannte Halbleitervorrichtung bezogenen 68 zeigt, dass das Maximum E0 in der Struktur
von 18A viel niedriger liegt als
bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Da der Wert des elektrischen
Feldes an dem Maximum E4 viel größer ist
als der Wert des elektrischen Feldes an dem Maximum E0, wie in dem in 19 gezeigten
Diagramm angedeutet, ist andererseits das Maximum des elektrischen
Feldes in der Struktur von 18A gleich
dem Maximum E4, das in dem rechten unteren Randabschnitt der vergrabenen
n-Schicht 26 angeordnet ist. 19 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 18A shows. 19 indicates an electric field the top surface of the n - doping region 143 (Si surface), an electric field at the interface between the bottom surface of the n-type impurity region 121 and the p - substrate 200 (deep transition n / p - substrate) and an electric field at the interface between the bottom surface of the buried n-layer 26 and the p - substrate 200 (deep transition buried n-layer / p - - substrate). A comparison between 19 and related to the known semiconductor device 68 shows that the maximum E0 in the structure of 18A is much lower than in the known semiconductor device. Since the value of the electric field at the maximum E4 is much larger than the value of the electric field at the maximum E0, as in FIG 19 on the other hand, the maximum of the electric field in the structure of 18A equal to the maximum E4 in the right lower edge portion of the buried n-layer 26 is arranged.
20 zeigt
die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 18A. Es ist gezeigt, dass an
einer Position, die dem Maximum E4 entspricht, die Krümmung der Äquipotentiallinien
groß ist
und der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien klein ist.
Ein Vergleich von 20 und 69,
die auf die bekannte Halbleitervorrichtung bezogen ist, zeigt ebenfalls,
dass der Abstand zwischen den Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E4 in 20 kleiner
ist als an dem Abschnitt des Maximums E0 in 69.
Somit ist die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E4 in 20 voraussichtlich
höher als
die elektrische Feldstärke an
dem Abschnitt des Maximums E0 in 69,
was zu dem Schluss führt,
dass die Durchbruchsspannung der bekannten Halbleitervorrichtung
bei der Struktur von 18A nicht verbessert wird. 20 shows the potential distribution (equipotential lines) and the current distribution when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 18A , It is shown that at a position corresponding to the maximum E4, the curvature of the equipotential lines is large and the distance between adjacent equipotential lines is small. A comparison of 20 and 69 , which is related to the known semiconductor device, also shows that the distance between the equipotential lines at the portion of the maximum E4 in FIG 20 is smaller than at the portion of the maximum E0 in 69 , Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E4 in 20 probably higher than the electric field strength at the portion of the maximum E0 in 69 , which leads to the conclusion that the breakdown voltage of the known semiconductor device in the structure of 18A not improved.
21A zeigt einen vereinfachten Aufbau des Diodenteils
mit der hohen Durchbruchsspannung gemäß der vierten Ausführungsform
unter der Bedingung L1<L2. 21B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen auf eine
in 21A mit einem Pfeil bezeichnete Position. 21A shows a simplified structure of the diode portion with the high breakdown voltage according to the fourth embodiment under the condition L1 <L2. 21B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 based on an in 21A Position indicated by an arrow.
22 ist
ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 21A zeigt. Wie 19 zeigt 22 ein
elektrisches Feld an der Si-Oberfläche, ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat und ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
vergrabene n-Schicht/p--Substrat. Ein Vergleich
von 22 und 68 zeigt,
dass das Maximum E0 in der Struktur von 21A geringfügig niedriger
ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Anhand des in 22 gezeigten
Diagramms wird ebenfalls klar, dass die elektrische Feldstärke an dem
Maximum E4 nahezu gleich der elektrischen Feldstärke an dem Maximum E0 ist. 22 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 21A shows. As 19 shows 22 an electric field at the Si surface, an electric field at the junction depth n / p - substrate, and an electric field at the junction depth buried n-layer / p - substrate. A comparison of 22 and 68 shows that the maximum E0 in the structure of 21A is slightly lower than in the known semiconductor device. Based on the in 22 It is also clear from the diagram shown that the electric field strength at the maximum E4 is almost equal to the electric field strength at the maximum E0.
23 zeigt
die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 21A. Ein Vergleich von 23 und 69 zeigt, dass die Krümmung der Äquipotentiallinien an dem Abschnitt
des Maximums E0 bei der Struktur von 21A viel
kleiner ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Somit ist
die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E0 voraussichtlich kleiner. Ein Vergleich
von 23 und 20 zeigt
ebenfalls, dass die Krümmung
der Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E4 in der Struktur von 21A viel kleiner ist als in der Struktur von 18A. Somit ist die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E4 voraussichtlich kleiner. 23 shows the potential distribution (equipotential lines) and the current distribution when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 21A , A comparison of 23 and 69 shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E0 in the structure of 21A is much smaller than in the known semiconductor device. Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E0 is likely to be smaller. A comparison of 23 and 20 also shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E4 in the structure of 21A much smaller than in the structure of 18A , Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E4 is likely to be smaller.
Auf
diese Weise sind bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform
(Struktur von 21A) die elektrischen Feldstärken an dem
Abschnitt des Maximums E0 und dem Abschnitt des Maximums E4 in 23 kleiner
als die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E0 in 69.
Deshalb kann die Spannung über
die Anode und Kathode, die zu einer kritischen elektrischen Feldstärke führt, stärker erhöht werden
als bei der bekannten Halbleitervorrichtung, wodurch eine Erhö hung der
Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung erzielt wird.In this way, in the semiconductor device according to the fourth embodiment (structure of FIG 21A ) the electric field strengths at the portion of the maximum E0 and the portion of the maximum E4 in 23 less than the electric field strength at the portion of the maximum E0 in 69 , Therefore, the voltage across the anode and cathode, which leads to a critical electric field strength, can be increased more than in the known semiconductor device, whereby an increase of the breakdown voltage of the semiconductor device is achieved.
Während die
Erfindung gemäß der vierten Ausführungsform
mit einer Diode einer hohen Durchbruchsspannung als Beispiel beschrieben
wurde, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar auf einen n-Kanal-MOSFET
mit hoher Durchbruchsspannung, einen p-Kanal-MOSFET mit hoher Durchbruchsspannung,
einen n-Kanal-IGBT oder einen p-Kanal-IGBT.While the
Invention according to the fourth embodiment
with a high breakdown voltage diode as an example
has been, the invention is also applicable to an n-channel MOSFET
high breakdown voltage, a high breakdown voltage p-channel MOSFET,
an n-channel IGBT or a p-channel IGBT.
Weiterhin
ist die Erfindung gemäß der vierten Ausführungsform
ebenfalls durch Kombination der Erfindungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform
anwendbar. Bei einer Kombination mit der Erfindung gemäß der ersten
Ausführungsform
werden beispielsweise die vergrabene n+-Schicht 20 in 1 oder
die vergrabene n-Schicht 21 in 6 und die
vergrabene n-Schicht 26 in 16 miteinander an
der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 verbunden.Furthermore, the invention according to the fourth embodiment is also applicable by combining the inventions according to the first to third embodiments. In a combination with the invention according to the first embodiment, for example, the buried n + layer 20 in 1 or the buried n-layer 21 in 6 and the buried n-layer 26 in 16 with each other at the bottom surface of the n-type impurity region 121 connected.
Fünfte AusführungsformFifth embodiment
24 ist
eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer
fünften Ausführungsform
dieser Erfindung, entsprechend 16. Auf
der Grundlage der Struktur von 16 ist
in der vergrabenen n-Schicht 26 eine n+-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene n+-Schicht" bezeichnet) 27 mit
einer Dotierungskonzentration ausgebildet, die höher ist als jene der vergrabenen
n-Schicht 26. Beispielsweise ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration
der vergrabenen n+-Schicht 27 in
der Größenordnung
von 1018cm-3. Eine
Breite L3 der vergrabenen n+-Schicht 27 ist
kleiner als die Breite L1 der vergrabenen n-Schicht 26,
so dass die vergrabene n+-Schicht 27 dergestalt
ausgebildet ist, dass sie nicht von einer Seitenfläche (rechte
Seitenfläche
in 24) der vergrabenen n-Schicht 26 zu der
Seite der Anodenelektrode 145 hervorsteht. 24 FIG. 12 is a cross-sectional view of the structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment of this invention, corresponding to FIG 16 , Based on the structure of 16 is in the buried n-layer 26 an n + -type region (hereinafter referred to as "buried n + -layer") 27 with a doping concentration higher than that of the buried n-layer 26 , For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 27 in the order of 10 18 cm -3 . A width L3 of the buried n + layer 27 is smaller than the width L1 of the buried n-layer 26 so that the buried n + layer 27 is formed such that it is not from a side surface (right side surface in 24 ) of the buried n-layer 26 to the side of the anode electrode 145 protrudes.
25 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen (L3-L1) und der Durchbruchsspannung zeigt,
wobei (L3-L1) auf der Abszisse die Beziehung zwischen der Breite
L1 der vergrabenen n-Schicht 26 und
der Breite L3 der vergrabenen n+-Schicht 27 in 24 zeigt.
Es ist gezeigt, dass die Durchbruchsspannung in hohem Maße gewährleistet
ist, wenn L3<L1,
dass aber die Durchbruchsspannung schnell mit einer Zunahme von
L3 und einem ansteigenden Wert von L3-L1 abnimmt. 25 FIG. 12 is a graph showing the relationship between (L3-L1) and the breakdown voltage, where (L3-L1) on the abscissa represents the relationship between the width L1 of the buried n-layer 26 and the width L3 of the buried n + layer 27 in 24 shows. It is shown that the breakdown voltage is largely ensured when L3 <L1, but that the breakdown voltage decreases rapidly with an increase of L3 and an increasing value of L3-L1.
26 ist
ein Diagramm, das Vergleichsergebnisse einer Durchbruchsspannungskurve
für L3=L1
und einer Durchbruchsspannungskurve für L3<L1 zeigt. Anhand des in 26 gezeigten
Diagramms wird klar, dass die Durchbruchsspannung verglichen zu
L3=L1 höher
ist, wenn L3<L1. 26 FIG. 12 is a graph showing comparison results of a breakdown voltage curve for L3 = L1 and a breakdown voltage curve for L3 <L1. Based on the in 26 As shown in the diagram, it is clear that the breakdown voltage is higher when compared with L3 = L1 when L3 <L1.
27A zeigt einen vereinfachten Aufbau des Diodenteils
mit hoher Durchbruchsspannung der fünften Ausführungsform unter der Bedingung L3=L1. 27B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen auf eine
in 27A mit einem Pfeil bezeichnete Position. 27A shows a simplified structure of the high breakdown voltage diode portion of the fifth embodiment under the condition L3 = L1. 27B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 based on an in 27A Position indicated by an arrow.
28 ist
ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 27A zeigt. Wie 19 zeigt 28 ein
elektrisches Feld an der Si-Oberfläche, ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat und ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
vergrabene n-Schicht/p--Substrat. Ein Vergleich
von 28 und 68,
welche auf die bekannte Halbleitervorrichtung bezogen ist, zeigt,
dass das Maximum E0 in der Struktur von 27A geringfügig niedriger
ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Da die elektrische
Feldstärke
an dem Maximum E4 höher
ist als die elektrische Feldstärke
an dem Maximum E0, wie in dem in 28 gezeigten
Diagramm angedeutet, ist andererseits in der Struktur der 27A das am rechten unteren Randabschnitt der vergrabenen n-Schicht 26 angeordnete
Maximum E4 das Maximum des elektrischen Feldes. 28 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 27A shows. As 19 shows 28 an electric field at the Si surface, an electric field at the junction depth n / p - substrate, and an electric field at the junction depth buried n-layer / p - substrate. A comparison of 28 and 68 , which is related to the known semiconductor device, shows that the maximum E0 in the structure of 27A is slightly lower than in the known semiconductor device. Since the electric field strength at the maximum E4 is higher than the electric field strength at the maximum E0, as in FIG 28 On the other hand, in the structure shown in FIG 27A that at the lower right edge portion of the buried n-layer 26 arranged maximum E4 the maximum of the electric field.
29 zeigt
die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 27A. Es ist gezeigt, dass an
der Position, die dem Maximum E4 entspricht, die Krümmung der Äquipotentiallinien
groß ist
und der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien klein ist.
Ein Vergleich von 29 und 69,
welche sich auf die bekannte Halbleitervorrichtung bezieht, zeigt,
dass der Abstand zwischen Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E4 in 29 kleiner
ist als an dem Abschnitt des Maximums E0 in 69.
Somit ist die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E4 in 29 voraussichtlich
höher als
die elektrische Feldstärke an
dem Abschnitt des Maximums E0 in 69,
was zu der Schlussfolgerung führt,
dass die Durchbruchsspannung der bekannten Halbleitervorrichtung
bei der Struktur von 27A nicht verbessert wird. 29 shows the potential distribution (equipotential lines) and the current distribution when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 27A , It is shown that at the position corresponding to the maximum E4, the curvature of the equipotential lines is large and the distance between adjacent equipotential lines is small. A comparison of 29 and 69 , which relates to the known semiconductor device, shows that the distance between equipotential lines at the portion of the maximum E4 in FIG 29 is smaller than at the portion of the maximum E0 in 69 , Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E4 in 29 probably higher than the electric field strength at the portion of the maximum E0 in 69 , which leads to the conclusion that the breakdown voltage of the known semiconductor device in the structure of 27A not improved.
Weiterhin
zeigt 30A einen vereinfachten Aufbau
des Diodenteils mit der hohen Durchbruchsspannung gemäß der fünften Ausführungsform
unter der Bedingung L3<L1. 30B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in
die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen
auf eine in 30A mit einem Pfeil bezeichnete
Position.Further shows 30A a simplified structure of the diode portion with the high breakdown voltage according to the fifth embodiment under the condition L3 <L1. 30B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 based on an in 30A Position indicated by an arrow.
31 ist
ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 30A zeigt. Wie bei 28 zeigt 31 ein
elektrisches Feld an der Si-Oberfläche, ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
n/p--Substrat und ein elektrisches Feld
in der Tiefe des Übergangs
vergrabene n-Schicht/p--Substrat. Ein Vergleich
von 31 und 68 zeigt,
dass das Maximum E0 in der Struktur von 30A geringfügig kleiner
ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Ein Vergleich von 31 und 28 zeigt
auch, dass die elektrische Feldstärke an dem Maximum E4 in 31 niedriger
ist als die elektrische Feldstärke
an dem Maximum E4 in 28. Zusätzlich zeigt das in 31 gezeigte
Diagramm, dass die elektrische Feldstärke an dem Maximum E4 nahezu
gleich der elektrischen Feldstärke
an dem Maximum E0 ist. 31 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 30A shows. As in 28 shows 31 an electric field at the Si surface, an electric field at the junction depth n / p - substrate, and an electric field at the junction depth buried n-layer / p - substrate. A comparison of 31 and 68 shows that the maximum E0 in the structure of 30A is slightly smaller than in the known semiconductor device. A comparison of 31 and 28 also shows that the electric field strength at the maximum E4 in 31 is lower than the electric field strength at the maximum E4 in 28 , In addition, this shows in 31 diagram shown that the electric field strength at the maximum E4 is almost equal to the electric field strength at the maximum E0.
32 zeigt
die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die Anodenelektrode 145 und die Kathodenelektrode 142 bezogen
auf die Struktur von 30A. Ein Vergleich von 32 und 69 zeigt, dass die Krümmung der Äquipotentiallinien an dem Abschnitt
des Maximums E0 bei der Struktur von 30A viel
kleiner ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung. Somit ist
die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E0 voraussichtlich kleiner. Ein Vergleich
von 32 und 29 zeigt
ebenfalls, dass die Krümmung
der Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E4 in der Struktur von 30A viel kleiner ist als bei der Struktur von 27A. Somit ist die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E4 voraussichtlich kleiner. 32 shows the potential distribution (Equipo tentiallinien) and the current distribution when applying a high voltage between the anode electrode 145 and the cathode electrode 142 related to the structure of 30A , A comparison of 32 and 69 shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E0 in the structure of 30A is much smaller than in the known semiconductor device. Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E0 is likely to be smaller. A comparison of 32 and 29 also shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E4 in the structure of 30A much smaller than the structure of 27A , Thus, the electric field strength at the portion of the maximum E4 is likely to be smaller.
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform
(Struktur von 30A) sind auf diese Weise die
elektrischen Feldstärken
an dem Abschnitt des Maximums E0 und dem Abschnitt des Maximums
E4 in 32 kleiner als die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E0 in 69.
Deshalb kann die Anoden-Kathoden-Spannung, die zu einer kritischen
elektrischen Feldstärke führt, stärker erhöht werden
als bei der bekannten Halbleitervorrichtung, wodurch ein Anwachsen
der Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung erzielt wird.In the semiconductor device according to the fifth embodiment (structure of FIG 30A ) are in this way the electric field strengths at the portion of the maximum E0 and the portion of the maximum E4 in 32 less than the electric field strength at the portion of the maximum E0 in 69 , Therefore, the anode-cathode voltage leading to a critical electric field strength can be more increased than in the conventional semiconductor device, thereby achieving an increase in the breakdown voltage of the semiconductor device.
Zusätzlich wird
die vergrabene n+-Schicht 27 in
der vergrabenen n-Schicht 26 in derartiger Weise ausgebildet,
dass die Bedingung L3<L1
erfüllt
ist. Beim Anlegen einer Sperrspannung an das p--Substrat 200,
die n-Dotierungsregion 121, die vergrabene n+-Schicht 27 und
die vergrabene n-Schicht 26 werden folglich eine Verarmungsschicht,
die sich in der n-Dotierungsregion 121 erstreckt und eine
Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n-Schicht 26 ausbreitet,
an einer gekrümmten
Oberfläche
der vergrabenen n-Schicht 26 miteinander verbunden. Auch
ist die Weite der Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen
n-Schicht 26 erstreckt,
größer als die
Weite der Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n+-Schicht 27 ausbreitet, wenn L3=L1.
Dies erniedrigt die elektrischen Felder auf wirksamere Weise als
wie wenn L3=L1, was ein Anwachsen der Übergangs-Durchbruchsspannung gestattet.In addition, the buried n + layer becomes 27 in the buried n-layer 26 formed in such a manner that the condition L3 <L1 is satisfied. When applying a blocking voltage to the p - substrate 200 , the n-type doping region 121 , the buried n + layer 27 and the buried n-layer 26 thus become a depletion layer located in the n-type dopant region 121 and a depletion layer extending in the buried n-layer 26 propagates, on a curved surface of the buried n-layer 26 connected with each other. Also, the width of the depletion layer that is in the buried n-layer 26 extends larger than the width of the depletion layer, located in the buried n + layer 27 propagates when L3 = L1. This more effectively lowers the electric fields than when L3 = L1, allowing the junction breakdown voltage to increase.
Weiterhin
ist bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform die vergrabenen n+-Schicht 27 in der vergrabenen
n-Schicht 26 ausgebildet. Folglich ist der Basiswiderstand
eines parasitären
p-n-p-Bipolartransistors, der aus einer p-n-p-Struktur resultiert, welche sich aus
dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der vergrabenen n-Schicht 26, der vergrabenen n+-Schicht 27 und der p-Wanne 131 zusammensetzt,
stärker
erniedrigt als bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform,
bei der die vergrabene n+-Schicht 27 nicht
ausgebildet ist. Somit wird der Betrieb des parasitären p-n-p-Bipolartransistors
sogar in dem Fall von negativen Schwankungen der hochspannungsseitig
schwebenden Offsetspannung VS während
des Regenerierungszeitraum unterdrückt. Dies erlaubt gegenüber der
Halbleitervorrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform
ein Anwachsen des Absolutwertes der Betriebsaufnahmespannung eines parasitären Thyristors,
der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der vergrabenen n-Schicht 26, der vergrabenen n+-Schicht 27, der p-Wanne 131 und der
n+-Sourceregion 133 zusammensetzt,
was wiederum ein Anwachsen der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Latch-Up-Ausfall des CMOS 12 erlaubt.Furthermore, in the semiconductor device according to the fifth embodiment, the buried n + layer is 27 in the buried n-layer 26 educated. Consequently, the base resistance of a parasitic pnp bipolar transistor resulting from a pnp structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n-layer 26 , the buried n + layer 27 and the p-tub 131 composed, more greatly decreased than in the semiconductor device according to the fourth embodiment, wherein the buried n + layer 27 is not formed. Thus, the operation of the parasitic pnp bipolar transistor is suppressed even in the case of negative variations of the high-side offset voltage VS during the regeneration period. This allows an increase in the absolute value of the operating pick-up voltage of a parasitic thyristor, which results from a pnpn structure resulting from the p - substrate, as compared with the semiconductor device according to the fourth embodiment 200 , the n-doping region 121 , the buried n-layer 26 , the buried n + layer 27 , the p-tub 131 and the n + source region 133 which, in turn, increases the resistance to CMOS latch-up failure 12 allowed.
Während die
Erfindung gemäß der fünften Ausführungsform
mit einer Diode einer hohen Durchbruchsspannung als ein Beispiel
beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenfalls auf einen n-Kanal-MOSFET hoher Durchbruchsspannung,
einen p-Kanal-MOSFET hoher Durchbruchsspannung, einen n-Kanal-IGBT
oder einen p-Kanal-IGBT anwendbar.While the
Invention according to the fifth embodiment
with a high breakdown voltage diode as an example
The invention is also based on an n-channel high breakdown voltage MOSFET,
a high-breakdown-voltage p-channel MOSFET, an n-channel IGBT
or a p-channel IGBT applicable.
Darüber hinaus
ist die Erfindung gemäß der fünften Ausführungsform
ebenfalls anwendbar durch Kombination mit den Erfindungen gemäß der ersten bis
dritten Ausführungsform.
Bei Kombination mit der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform
werden beispielsweise die vergrabene n+-Schicht 20 in 1 oder
die vergrabene n-Schicht 21 in 6 und die
vergrabene n-Schicht 26 in 24 miteinander an
der Bodenfläche
n-Dotierungsregion 121 verbunden.Moreover, the invention according to the fifth embodiment is also applicable by combination with the inventions according to the first to third embodiments. In combination with the invention according to the first embodiment, for example, the buried n + layer 20 in 1 or the buried n-layer 21 in 6 and the buried n-layer 26 in 24 together at the bottom surface n-type doping region 121 connected.
Sechste AusführungsformSixth embodiment
33 ist
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
sechsten Ausführungsform
dieser Erfindung, die eine ausgewählte Region zeigt, in der der
MOS 11 mit hoher Durchbruchsspannung ausgehend von der
Struktur von 58 ausgebildet ist, entsprechend 70 im Hinblick auf die bekannte Halbleitervorrichtung.
Aus Handhabungsgründen
sind die Positionen der Drainregion 118 und der Sourceregion 112 in 58 bei der 33 vertauscht. 33 FIG. 12 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a sixth embodiment of this invention, showing a selected region in which the MOS. FIG 11 with high breakdown voltage starting from the structure of 58 is formed accordingly 70 in view of the known semiconductor device. For handling reasons, the positions of the drain region 118 and the source region 112 in 58 in the 33 reversed.
In
der Deckfläche
der p--Substrats 200 sind die n-Dotierungsregionen 117 und 121 zum
Bilden einer unterteilten RESURF-Struktur voneinander getrennt.
In der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 117 ist
die n+-Drainregion 118 in Kontakt
zu der Drainelektrode 119 des MOS 11 mit hoher
Durchbruchsspannung ausgebildet. In der Deckfläche der n-Dotierungsregion 121 ist
die n+-Dotierungsregion 127 in Kontakt
zu der Sourceelektrode (hier im folgenden als "VB-Elektrode" bezeichnet) 128 des den CMOS 12 bildenden
pMOSFET ausgebildet. Die VB-Elektrode 128 ist mit dem VB-Anschluss
verbunden, wie in 1 gezeigt.In the top surface of the p - substrate 200 are the n-doping regions 117 and 121 separated from each other to form a divided RESURF structure. In the top surface of the n-type doping region 117 is the n + drain region 118 in contact with the drain electrode 119 of the MOS 11 formed with high breakdown voltage. In the top surface of the n-type doping region 121 is the n + doping region 127 in contact with the source electrode (hereinafter referred to as "VB electrode") 128 of the CMOS 12 formed pMOSFET forming. The VB electric de 128 is connected to the VB connector as in 1 shown.
Eine
n-Dotierungsregion (hier im folgenden als "vergrabene n-Schicht" bezeichnet) 29 ist in Kontakt
zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 ausgebildet.
Beispielsweise ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n-Schicht 29 in der Größenordnung
von 1015cm-3. Wenn
die Breite der vergrabenen n-Schicht 29 L4 ist und die
Länge von
einer linken Seitenfläche der
n-Dotierungsregion 121 zu einer linken Seitenfläche der
n-Dotierungsregion 117 in 33 L5
ist, so wird die Breite der vergrabenen n-Schicht 29 derart bestimmt,
dass die Bedingung L4<L5
erfüllt
ist, so dass die vergrabene n-Schicht 29 nicht in Kontakt
mit der n-Dotierungsregion 117 ist.
Es ist jedoch zu beachten, dass wenn die Weite L4 ansteigt und die
vergrabene n-Schicht 29 näher zu der n-Dotierungsregion 117 rückt, die
Durchbruchsspannung zwischen der VB-Elektrode 128 und der
Drainelektrode 119 (Durchbruchsspannung an der unterteilten
n-Wanne) abfällt.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass der Abstand zwischen
der vergrabenen n-Schicht 29 und der n-Dotierungsregion 117 dergestalt
festgelegt wird, dass eine erwünschte
VB-Drain-Durchbruchsspannung
(die in der sechsten Ausführungsform
beispielhaft auf ungefähr
15V oder mehr gesetzt ist), die durch Designspezifikationen spezifiziert
ist, sichergestellt ist.An n-type impurity region (hereinafter referred to as "buried n-type layer") 29 is in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 educated. For example, the maximum value of the doping concentration of the buried n-layer is 29 in the order of 10 15 cm -3 . If the width of the buried n-layer 29 L4 is and the length is from a left side surface of the n-type impurity region 121 to a left side surface of the n-type impurity region 117 in 33 L5 is, then the width of the buried n-layer becomes 29 determined such that the condition L4 <L5 is satisfied, so that the buried n-layer 29 not in contact with the n-type dopant region 117 is. It should be noted, however, that as the width L4 increases and the buried n-layer increases 29 closer to the n-type doping region 117 moves, the breakdown voltage between the VB electrode 128 and the drain electrode 119 (Breakdown voltage at the subdivided n-well) drops. For this reason, it is necessary that the distance between the buried n-layer 29 and the n-type doping region 117 is set such that a desired VB drain breakdown voltage (exemplified to be about 15V or more in the sixth embodiment) specified by design specifications is ensured.
Unter
Bezugnahme auf die Struktur von 33 sind
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen die VB-Elektrode 128 und
die Sourceelektrode 114 (zwischen VB und Source) mittels
Kurzschließens
der Elektrode 116aa, die mit der Gateelektrode 116a verbunden
ist, und der Sourceelektrode 114 durch das Anlegen einer
Spannung von ungefähr 15V
zwischen der VB-Elektrode 128 und der Drainelektrode 119 die
Hauptmaxima des elektrischen Feldes das Maximum E2 in dem p--Substrat 200, das Maximum E1 in
dem rechten unteren Kantenabschnitt der n-Dotierungsregion 121,
das Maximum E3 in dem rechten unteren Kantenabschnitt der n-Dotierungsregion 117 und
ein Maximum E5 in dem rechten unteren Randabschnitt der vergrabenen
n-Schicht 29.With reference to the structure of 33 are when applying a high voltage between the VB electrode 128 and the source electrode 114 (between VB and source) by shorting the electrode 116AA connected to the gate electrode 116a is connected, and the source electrode 114 by applying a voltage of about 15V between the VB electrode 128 and the drain electrode 119 the main maxima of the electric field are the maximum E2 in the p - substrate 200 , the maximum E1 in the right lower edge portion of the n-type impurity region 121 , the maximum E3 in the right lower edge portion of the n-type impurity region 117 and a maximum E5 in the right lower edge portion of the buried n-layer 29 ,
34 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen (L4-L5) und der VB-Source-Durchbruchsspannung
zeigt, wobei (L4-L5) auf der Abszisse die Beziehung zwischen der
Breite L4 und der Länge L5 in 33 bezeichnet.
Es ist gezeigt, dass durch Verringern des Wertes von (L4-L5) auf
weniger als 0, nämlich
durch Setzen von L4<L5,
die VB-Source-Durchbruchsspannung stärker anwächst als bei der bekannten
Halbleitervorrichtung. Es ist ebenfalls gezeigt, dass die VB-Source-Durchbruchsspannung anwächst, wenn
der Wert von (L4-L5) anwächst.
Es ist jedoch zu beachten, dass ein zu starkes Anwachsen des Wertes
von (L4-L5) dazu führt,
dass beim Anlegen eines VB-Potentials von lediglich ungefähr 15V eine
Verarmungsschicht, die sich von der n-Dotierungsregion 121 ausbreitet
und eine Verarmungsschicht, die sich von der n-Dotierungsregion 117 ausbreitet
miteinander verbunden werden, was in einer VB-Drain-Durchbruchsspannung
resultiert, die ungefähr
15V unterschreitet. Aus diesem Grunde sind Daten in diesem Bereich
(Bereich rechts der gestrichelten Linie in 34) nicht
aufgetragen. 34 FIG. 15 is a graph showing the relationship between (L4-L5) and the VB source breakdown voltage, where (L4-L5) on the abscissa represents the relationship between the width L4 and the length L5 in FIG 33 designated. It is shown that by decreasing the value of (L4-L5) to less than 0, namely by setting L4 <L5, the VB source breakdown voltage increases more than in the conventional semiconductor device. It is also shown that the VB source breakdown voltage increases as the value of (L4-L5) increases. It should be noted, however, that if the value of (L4-L5) increases too much, applying a VB potential of only about 15V will result in a depletion layer extending from the n-type impurity region 121 spreads and a depletion layer extending from the n-type doping region 117 spread out, resulting in a VB drain breakdown voltage that falls below approximately 15V. For this reason, data in this area (area to the right of the dashed line in 34 ) not applied.
35A zeigt einen vereinfachten Aufbau des MOS-Teils
hoher Durchbruchsspannung gemäß der sechsten
Ausführungsform
unter der Bedingung L4<L5
und eine VB-Drain-Durchbruchsspannung von ungefähr 15V oder höher. 35B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen auf eine
in 35A mit einem Pfeil bezeichnete Position. 35A 12 shows a simplified structure of the high breakdown voltage MOS part according to the sixth embodiment under the condition L4 <L5 and a VB drain breakdown voltage of about 15V or higher. 35B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 based on an in 35A Position indicated by an arrow.
36 ist
ein Diagramm, das die elektrischen Felder beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die VB-Elektrode 128 und die Sourceelektrode 114 mittels
Kurzschließens
der mit der Gateelektrode 116a verbundenen Elektrode 116aa und
der Sourceelektrode 114 durch das Anlegen von einer Spannung
von ungefähr
15V zwischen die VB-Elektrode 128 und die Drainelektrode 119 bezogen
auf die Struktur von 35A zeigt. 36 zeigt
ein elektrisches Feld an der Deckfläche des p--Substrats 200 (Si-Oberfläche), ein
elektrisches Feld an der Grenzfläche
zwischen den n-Dotierungsregionen 121 und 117 und
dem p--Substrat 200 (tiefer Übergang n/p--Substrat) und ein elektrisches Feld an
der Grenzfläche
zwischen der vergrabenen n-Schicht 29 und dem p--Substrat 200 (tiefer Übergang
vergrabene n-Schicht/p--Substrat). 36 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the VB electrode 128 and the source electrode 114 by short-circuiting with the gate electrode 116a connected electrode 116AA and the source electrode 114 by applying a voltage of about 15V between the VB electrode 128 and the drain electrode 119 related to the structure of 35A shows. 36 shows an electric field on the top surface of the p - substrate 200 (Si surface), an electric field at the interface between the n-type impurity regions 121 and 117 and the p - substrate 200 (deep transition n / p - substrate) and an electric field at the interface between the buried n-layer 29 and the p - substrate 200 (deep junction buried n-layer / p - substrate).
Ein
Vergleich von 36 und 71 zeigt, dass
bei der Struktur von 35A die Maxima E1 und E2 viel
kleiner und das Maximum E3 geringfügig kleiner sind als bei der
bekannten Halbleitervorrichtung. Anhand des in 36 gezeigten
Diagramms wird ebenfalls klar, dass die elektrische Feldstärke an dem
Maximum E5 nahezu gleich der elektrischen Feldstärke an dem Maximum E3 ist.
Die elektrischen Feldstärken
an den Maxima E3 und E5 in 36 sind
niedriger als die elektrische Feldstärke an dem Maximum E2 in 71.A comparison of 36 and 71 shows that in the structure of 35A the maxima E1 and E2 are much smaller and the maximum E3 are slightly smaller than in the known semiconductor device. Based on the in 36 It is also clear from the diagram shown that the electric field strength at the maximum E5 is almost equal to the electric field strength at the maximum E3. The electric field strengths at the maxima E3 and E5 in 36 are lower than the electric field strength at the maximum E2 in 71 ,
37 zeigt
die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen die
VB-Elektrode 128 und die Sourceelektrode 114 bezogen
auf die Struktur von 35A. Ein Vergleich von 37 und 72 zeigt, dass die Krümmung der Äquipotentiallinien an dem Abschnitt
des Maximums E1 bei der Struktur von 35A viel
kleiner ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung aufgrund
der zusätzlichen
vergrabenen n-Schicht 29. Folglich wird der Abstand zwischen
benachbarten Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E1 größer und die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E1 wird kleiner. Als Folge der Verringerung
der Krümmung
der Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E1 wird der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E2 größer und die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E2 wird kleiner. Als Folge der Vergrößerung des
Abstands zwischen Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E2 wird die Krümmung der Äquipotentiallinien an dem Abschnitt
des Maximums E3 ebenfalls kleiner. Folglich wird der Abstand zwischen
benachbarten Potentiallinien an dem Abschnitt des Maximums E3 ebenfalls
größer und
die elektrische Feldstärke
an dem Abschnitt des Maximums E3 wird ebenfalls kleiner. 37 shows the potential distribution (equipotential lines) and current distribution when applying a high voltage between the VB electrode 128 and the source electrode 114 related to the structure of 35A , A comparison of 37 and 72 shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E1 in the structure of 35A is much smaller than in the known semiconductor device due to the additional ver grave n-layer 29 , As a result, the distance between adjacent equipotential lines becomes larger at the portion of the maximum E1, and the electric field intensity at the portion of the maximum E1 becomes smaller. As a result of reducing the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E1, the distance between adjacent equipotential lines at the portion of the maximum E2 becomes larger and the electric field strength at the portion of the maximum E2 becomes smaller. As a result of increasing the distance between equipotential lines at the portion of the maximum E2, the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E3 also becomes smaller. Consequently, the distance between adjacent potential lines at the portion of the maximum E3 also becomes larger and the electric field strength at the portion of the maximum E3 also becomes smaller.
Auf
diese Weise sind bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform
die elektrischen Feldstärken
an den Maxima E3 und E5 in 36 kleiner
als die elektrischen Feldstärken
an den Maxima E2 und E3 in 71.
Deshalb kann die VB-Source-Spannung, die zu einer kritischen elektrischen
Feldstärke
führt,
stärker
erhöht
werden als bei der bekannten Halbleitervorrichtung, wodurch ein Anwachsen
der Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung erzielt wird.In this way, in the semiconductor device according to the sixth embodiment, the electric field strengths at the maxima E3 and E5 in FIG 36 smaller than the electric field strengths at the maxima E2 and E3 in 71 , Therefore, the VB source voltage resulting in a critical electric field strength can be more increased than in the conventional semiconductor device, thereby achieving an increase in the breakdown voltage of the semiconductor device.
Während die
Erfindung gemäß der sechsten Ausführungsform
mit einem n-Kanal-MOSFET einer hohen Durchbruchsspannung als Beispiel
beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar auf einen
p-Kanal-MOSFET hoher Durchbruchsspannung, einen n-Kanal-IGBT oder einen
p-Kanal-IGBT.While the
Invention according to the sixth embodiment
with an n-channel high breakdown voltage MOSFET as an example
has been described, the invention is also applicable to a
High-breakdown-voltage p-channel MOSFET, n-channel IGBT or one
p-channel IGBT.
Darüber hinaus
ist die Erfindung gemäß der sechsten
Ausführungsform
ebenfalls anwendbar durch Kombination mit den Erfindungen gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsform.
Bei Kombination mit der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform
werden beispielsweise die vergrabene n+-Schicht 20 in 1 oder
die vergrabene n-Schicht 21 in 6 und die
vergrabene n-Schicht 29 in 33 miteinander
an der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 verbunden.Moreover, the invention according to the sixth embodiment is also applicable by combination with the inventions according to the first to third embodiments. In combination with the invention according to the first embodiment, for example, the buried n + layer 20 in 1 or the buried n-layer 21 in 6 and the buried n-layer 29 in 33 with each other at the bottom surface of the n-type impurity region 121 connected.
Siebte AusführungsformSeventh embodiment
38 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer
Halbleitervorrichtung gemäß einer
siebten Ausführungsform
dieser Erfindung, entsprechend 33. Auf
der Basis der Struktur von 33 ist
in der vergrabenen n-Schicht 29 eine n+-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene
n+-Schicht" bezeichnet) 30 mit einer Dotierungskonzentration, die
höher als
jene der vergrabenen n-Schicht 29 ist, ausgebildet. Beispielsweise
ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n+-Schicht 30 in der Größenordnung
von 1018cm-3. Eine
Breite L6 der vergrabenen n+-Schicht 30 ist
kleiner als die Breite L4 der vergrabenen n-Schicht 29 und
eine Breite L7 der n-Dotierungsregion 121. Kurz gesagt, die
vergrabene n+-Schicht 30 ist dergestalt
ausgebildet, dass sie von einer Seitenfläche (rechte Seitenfläche in 38) der vergrabenen n-Schicht 29 und
einer Seitenfläche
(rechte Seitenfläche
in 38) der n-Dotierungsregion 121 nicht
zur Seite der n-Dotierungsregion 117 hervorsteht. 38 FIG. 12 is a cross-sectional view of the structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment of this invention. FIG 33 , On the basis of the structure of 33 is in the buried n-layer 29 an n + -type region (hereinafter referred to as "buried n + -layer") 30 with a doping concentration higher than that of the buried n-layer 29 is, trained. For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 30 in the order of 10 18 cm -3 . A width L6 of the buried n + layer 30 is smaller than the width L4 of the buried n-layer 29 and a width L7 of the n-type impurity region 121 , In short, the buried n + layer 30 is formed so as to project from a side surface (right side surface in FIG 38 ) of the buried n-layer 29 and a side surface (right side surface in FIG 38 ) of the n-type doping region 121 not to the side of the n-type doping region 117 protrudes.
39 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen
(L6-L4) und der Durchbruchsspannung zeigt, wobei (L6-L4) auf der
Abszisse die Beziehung zwischen der Breite L6 der vergrabenen n+-Schicht 30 und
der Breite L4 der vergrabenen n-Schicht 29 in 38 zeigt. Es ist gezeigt, dass die Durchbruchsspannung
in hohem Maße
gewährleistet
ist, wenn L6<L4,
jedoch die Durchbruchsspannung schnell mit einem Anwachsen von L6
und einem Anwachsen des Werts von L6-L4 abnimmt. 39 Fig. 12 is a graph showing the relationship between (L6-L4) and the breakdown voltage, where (L6-L4) on the abscissa represents the relationship between the width L6 of the buried n + layer 30 and the width L4 of the buried n-layer 29 in 38 shows. It is shown that the breakdown voltage is largely ensured when L6 <L4, but the breakdown voltage decreases rapidly with an increase of L6 and an increase in the value of L6-L4.
40A zeigt einen vereinfachten Aufbau des MOS-Teils
hoher Durchbruchsspannung gemäß der siebten
Ausführungsform
unter der Bedingung L6<L4. 40B zeigt ein Dotierungskonzentrationsprofil von
der Deckfläche
der n-Dotierungsregion 121 in die Tiefenrichtung des p--Substrats 200 bezogen auf eine
in 40A mit einem Pfeil bezeichnete
Position. Ein Vergleich von 40B und 35B zeigt, dass die Dotierungskonzentration bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform
aufgrund der vergrabenen n+-Schicht 30 höher ist
als bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform. 40A shows a simplified structure of the high breakdown voltage MOS part according to the seventh embodiment under the condition L6 <L4. 40B shows a doping concentration profile from the top surface of the n-type doping region 121 in the depth direction of the p - substrate 200 based on an in 40A Position indicated by an arrow. A comparison of 40B and 35B shows that the doping concentration in the semiconductor device according to the seventh embodiment due to the buried n + layer 30 is higher than the semiconductor device according to the sixth embodiment.
41 ist ein Diagramm, das die elektrischen Felder
beim Anlegen einer Hochspannung zwischen der VB-Elektrode 128 und
der Source-Elektrode 114 mittels Kurzschließens der
mit der Gateelektrode 116a verbundenen Elektrode 116aa und
der Sourceelektrode 114 durch das Anlegen einer Spannung
von ungefähr
15V zwischen die VB-Elektrode 128 und die Drainelektrode 119 bezogen
auf die Struktur von 40A zeigt.
Wie 36 zeigt 41 ein
elektrisches Feld an der Si-Oberfläche, ein elektrisches Feld
an dem tiefen Übergang n/p--Substrat und ein elektrisches Feld an dem
tiefen Übergang
vergrabene n-Schicht/p--Substrat. Ein Vergleich
von 41 und 36 zeigt,
dass die Eigenschaften des elektrischen Feldes bei der Halbleitervorrichtung
gemäß der siebten
Ausführungsform ähnlich zu
jenen der Halblei tervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform
sind. Kurz gesagt, wie bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform
sind bei der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform
ebenso die elektrischen Feldstärken
an den Maxima E3 und E5 in 41 kleiner
als die elektrischen Feldstärken
an den Maxima E2 und E3 in 71.
Deshalb kann die VB-Source-Spannung, die zu einer kritischen elektrischen
Feldstärke
führt,
stärker
erhöht
werden als bei der bekannten Halbleitervorrichtung, wodurch ein Anwachsen
der Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung erzielt wird. 41 is a diagram showing the electric fields when applying a high voltage between the VB electrode 128 and the source electrode 114 by short-circuiting with the gate electrode 116a connected electrode 116AA and the source electrode 114 by applying a voltage of about 15V between the VB electrode 128 and the drain electrode 119 related to the structure of 40A shows. As 36 shows 41 an electric field at the Si surface, an electric field at the deep junction n / p - substrate, and an electric field at the deep junction buried n-layer / p - substrate. A comparison of 41 and 36 shows that the characteristics of the electric field in the semiconductor device according to the seventh embodiment are similar to those of the semiconductor device according to the sixth embodiment. In short, as in the semiconductor device according to the sixth embodiment, in the semiconductor device according to the seventh embodiment as well, the electric field strengths at the maxima E3 and E5 in FIG 41 less than the electric field strengths the maxima E2 and E3 in 71 , Therefore, the VB source voltage resulting in a critical electric field strength can be more increased than in the conventional semiconductor device, thereby achieving an increase in the breakdown voltage of the semiconductor device.
42 zeigt die Potentialverteilung (Äquipotentiallinien)
und die Stromverteilung beim Anlegen einer Hochspannung zwischen
die VB-Elektrode 128 und die Sourceelektrode 114 bezogen
auf die Struktur von 40A.
Ein Vergleich von 42 und 72 zeigt,
dass die Krümmung
der Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E1 viel kleiner bei der Struktur von 40A ist als bei der bekannten Halbleitervorrichtung
aufgrund der zusätzlichen
vergrabenen n-Schicht 29. Folglich wird der Abstand zwischen
benachbarten Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E1 größer und die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E1 wird kleiner. Als Folge der Verringerung
der Krümmung
der Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E1 wird der Abstand zwischen benachbarten Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E2 größer und die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E2 wird kleiner. Als Folge der Vergrößerung des
Abstands zwischen Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E2 wird die Krümmung der Äquipotentiallinien an dem Abschnitt
des Maximums E3 ebenfalls kleiner. Folglich wird der Abstand zwischen
benachbarten Äquipotentiallinien
an dem Abschnitt des Maximums E3 ebenfalls größer und die elektrische Feldstärke an dem
Abschnitt des Maximums E3 wird ebenfalls kleiner. 42 shows the potential distribution (equipotential lines) and the current distribution when applying a high voltage between the VB electrode 128 and the source electrode 114 related to the structure of 40A , A comparison of 42 and 72 shows that the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E1 is much smaller in the structure of 40A is than in the conventional semiconductor device due to the additional buried n-layer 29 , As a result, the distance between adjacent equipotential lines becomes larger at the portion of the maximum E1, and the electric field intensity at the portion of the maximum E1 becomes smaller. As a result of reducing the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E1, the distance between adjacent equipotential lines at the portion of the maximum E2 becomes larger and the electric field strength at the portion of the maximum E2 becomes smaller. As a result of increasing the distance between equipotential lines at the portion of the maximum E2, the curvature of the equipotential lines at the portion of the maximum E3 also becomes smaller. Consequently, the distance between adjacent equipotential lines at the portion of the maximum E3 also becomes larger and the electric field strength at the portion of the maximum E3 also becomes smaller.
Auf
diese Weise wird bei der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform
die vergrabene n+-Schicht 30 in
der vergrabenen n-Schicht 29 dergestalt ausgebildet, dass
die Bedin gung L6<L4
erfüllt
ist. Beim Anlegen einer Sperrspannung an das p--Substrat 200,
die n-Dotierungsregion 121, die vergrabene n+-Schicht 30,
und die vergrabene n-Schicht 29 werden folglich eine Verarmungsschicht,
die sich in der n-Dotierungsregion 121 ausbreitet und eine
Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n-Schicht 29 ausbreitet
an einer gekrümmten
Oberfläche
der vergrabenen n-Schicht 29 miteinander verbunden. Auch
ist die Weite der Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen
n-Schicht 29 ausbreitet,
größer als
die Weite einer Verarmungsschicht, die sich in der vergrabenen n+-Schicht 30 ausbreitet, wenn L6=L4
gilt. Dies verringert die elektrischen Felder aus wirksamere Weise
als wie wenn L6=L4 gilt, was ein Anwachsen der Übergangs-Durchbruchsspannung
gestattet.In this way, in the semiconductor device according to the seventh embodiment, the buried n + layer becomes 30 in the buried n-layer 29 formed such that the condition L6 <L4 is satisfied. When applying a blocking voltage to the p - substrate 200 , the n-type doping region 121 , the buried n + layer 30 , and the buried n-layer 29 thus become a depletion layer located in the n-type dopant region 121 spreads and a depletion layer, which is in the buried n-layer 29 propagates on a curved surface of the buried n-layer 29 connected with each other. Also, the width of the depletion layer that is in the buried n-layer 29 spreads, larger than the width of a depletion layer, located in the buried n + layer 30 spreads when L6 = L4 holds. This reduces the electric fields more effectively than when L6 = L4, allowing for an increase of the junction breakdown voltage.
Bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten
Ausführungsform,
bei der die vergrabene n+-Schicht 30 in
der vergrabenen n-Schicht 29 ausgebildet
ist, ist weiterhin der Basiswiderstand eines parasitären p-n-p-Bipolartransistors,
der aus einer p-n-p-Struktur
resultiert, welche sich aus dem p--Substrat 200,
der n-Dotierungsregion 121, der vergrabenen n-Schicht 29,
der vergrabenen n+-Schicht 30 und der
p-Wanne 131 zusammensetzt, stärker verringert als bei der
Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform,
bei der die vergrabene n+-Schicht 30 nicht
ausgebildet ist. Somit ist der Betrieb des parasitären p-n-p-Bipolartransistors
sogar in dem Falle negativer Schwankungen der hochspannungsseitig schwebenden
Offsetspannung VS während
des Regenerierungszeitraum unterdrückt. Dies gestattet gegenüber der
Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform
ein Anwachsen des Absolutwerts der Betriebsaufnahmespannung eines
parasitären
Thyristors, der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, welche sich aus
dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der vergrabenen n-Schicht 29, der vergrabenen n+-Schicht 30, der p-Wanne 131 und der
n+-Sourceregion 133 zusammensetzt,
was wiederum ein Anwachsen der Widerstandsfähigkeit des CMOS 12 gegenüber einem
Latch-Up-Ausfall erlaubt.In the semiconductor device according to the seventh embodiment, in which the buried n + layer 30 in the buried n-layer 29 is further formed, the base resistance of a parasitic pnp bipolar transistor, which results from a pnp structure, which consists of the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n-layer 29 , the buried n + layer 30 and the p-tub 131 composed, more reduced than in the semiconductor device according to the sixth embodiment, wherein the buried n + layer 30 is not formed. Thus, the operation of the parasitic pnp bipolar transistor is suppressed even in the case of negative fluctuations of the high-voltage side floating offset voltage VS during the regeneration period. This allows an increase in the absolute value of the operating pickup voltage of a parasitic thyristor resulting from a pnpn structure resulting from the p - substrate as compared to the semiconductor device according to the sixth embodiment 200 , the n-doping region 121 , the buried n-layer 29 , the buried n + layer 30 , the p-tub 131 and the n + source region 133 which, in turn, increases CMOS resilience 12 allowed against a latch-up failure.
Während die
Erfindung gemäß der siebten Ausführungsform
mit einem n-Kanal-MOSFET hoher Durchbruchsspannung als Beispiel
beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar auf einen p-Kanal-MOSFET
hoher Durchbruchsspannung, einen n-Kanal-IGBT oder einen p-Kanal-IGBT.While the
Invention according to the seventh embodiment
with a high breakdown voltage n-channel MOSFET as an example
has been described, the invention is also applicable to a p-channel MOSFET
high breakdown voltage, an n-channel IGBT or a p-channel IGBT.
Darüber hinaus
ist die Erfindung gemäß der siebten
Ausführungsform
ebenfalls anwendbar durch Kombination mit den Erfindungen gemäß der ersten bis
dritten Ausführungsform.
Bei Kombination mit der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform
sind beispielsweise die vergrabene n+-Schicht 20 in 1 oder
die vergrabene n-Schicht 21 in 6 und die vergrabene
n-Schicht 29 in 38 miteinander
an der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 verbunden.Moreover, the invention according to the seventh embodiment is also applicable by combination with the inventions according to the first to third embodiments. In combination with the invention according to the first embodiment, for example, the buried n + layer 20 in 1 or the buried n-layer 21 in 6 and the buried n-layer 29 in 38 with each other at the bottom surface of the n-type impurity region 121 connected.
Achte AusführungsformEighth embodiment
Die
Erfindungen gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsform
sind ebenfalls anwendbar auf den niederspannungsseitig treibenden
Abschnitt der Leistungsvorrichtungs-Treibervorrichtung.The
Inventions according to the first
to third embodiment
are also applicable to the low voltage side driving
Section of the Power Device Driver Device.
43 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaus des
niederspannungsseitig treibenden Abschnitts 102 gemäß einer
achten Ausführungsform dieser
Erfindung. Dies ist ein Fall, in dem die Erfindung gemäß der dritten
Ausführungsform
auf den niederspannungsseitig treibenden Abschnitt 102 angewendet
wird. Die p+-Drainregion 122 des pMOSFET
und die n+-Drainregion 137 des
nMOS-FET sind mit
dem LO-Anschluss verbunden. Die p+-Sourceregion 126 des
pMOSFET ist mit dem VCC-Anschluss verbunden. Die n+-Sourceregion 133 des
nMOSFET ist mit dem COM-Anschluss verbunden. Die vergrabene n+-Schicht 23 ist in Kontakt zu der
Bodenfläche der
n+-Dotierungsregion 121 in dem
p--Substrat 200 ausgebildet. Die
vergrabene n-Schicht 24 ist dergestalt ausgebildet, dass
sie den Umfang der vergrabenen n+-Schicht 23 bedeckt,
während
sie in Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 steht. 43 FIG. 12 is a cross-sectional view of the structure of the low-voltage side driving portion. FIG 102 according to an eighth embodiment of this invention. This is a case where the invention according to the third embodiment is applied to the low-voltage side driving portion 102 is applied. The p + drain region 122 of the pMOSFET and the n + drain region 137 of the nMOS FET are connected to the LO port. The p + source region 126 The pMOSFET is connected to the VCC connector connected. The n + source region 133 of the nMOSFET is connected to the COM port. The buried n + layer 23 is in contact with the bottom surface of the n + doping region 121 in the p - substrate 200 educated. The buried n-layer 24 is formed to be the circumference of the buried n + layer 23 covered while in contact with the bottom surface of the n-type doping region 121 in the p - substrate 200 stands.
In
dem niederspannungsseitig treibenden Abschnitt 102 gibt
es einen parasitären
Thyristor, der aus einer p-n-p-n-Struktur resultiert, die sich aus
der p+-Drainregion 122, der n-Dotierungsregion 121,
der p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zusammensetzt.
Beim Anlegen einer Überspannung,
die höher
als die VCC-Spannung ist, an den LO-Anschluss fließen folglich
Löcher
von der p+-Drainregion 122, die
mit dem LO-Anschluss verbunden ist, in die n-Dotierungsregion 121.
Der Löcherstrom
fließt
dann in die p-Wanne 131 und verursacht das Arbeiten eines
parasitären
n-p-n-Bipolartransistors, der sich aus der n-Dotierungsregion 121, der p-Wanne 131 und der
n+-Sourceregion 133 zusammensetzt,
und eines parasitären
p-n-p-Bipolartransistors,
der sich aus der p+-Drainregion 122,
der n-Dotierungsregion 121 und der
p-Wanne 131 zusammensetzt, was möglicherweise einen Latch-Up
in dem oben erwähnten
parasitären
Thyristor hervorruft.In the low-voltage side driving section 102 There is a parasitic thyristor resulting from a pnpn structure resulting from the p + drain region 122 , the n-doping region 121 , the p-tub 131 and the n + source region 133 composed. Thus, when an overvoltage higher than the VCC voltage is applied to the LO terminal, holes will flow from the p + drain region 122 connected to the LO terminal into the n-type impurity region 121 , The hole current then flows into the p-well 131 and causes working of a parasitic npn bipolar transistor resulting from the n-type doping region 121 , the p-tub 131 and the n + source region 133 and a parasitic pnp bipolar transistor resulting from the p + drain region 122 , the n-doping region 121 and the p-tub 131 which possibly causes a latch-up in the above-mentioned parasitic thyristor.
Im
Gegensatz dazu ist bei der Halbleitervorrichtung gemäß der achten
Ausführungsform,
bei der die vergrabene n+-Schicht 23 und
die vergrabene n-Schicht 24 in Kontakt zu der Bodenfläche der
n-Dotierungsregion 121 ausgebildet sind, der Basiswiderstand
des obigen parasitären
p-n-p-Bipolartransistors verringert. Somit ist der Betrieb des obigen
parasitären
p-n-p-Bipolartransistors
sogar beim Anlegen einer Überspannung
an den LO-Anschluss, die höher als
die VCC-Spannung ist, unterdrückt,
wodurch ein Latch-Up in dem obigen parasitären Thyristor unterdrückt wird.In contrast, in the semiconductor device according to the eighth embodiment, in which the buried n + layer 23 and the buried n-layer 24 in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 are formed, the base resistance of the above parasitic pnp bipolar transistor is reduced. Thus, the operation of the above parasitic pnp bipolar transistor is suppressed even when an overvoltage is applied to the LO terminal higher than the VCC voltage, thereby suppressing a latch-up in the above parasitic thyristor.
Darüber hinaus
kann bei der Struktur (43),
in der die Erfindung gemäß der dritten
Ausführungsform
auf den niederspannungsseitig treibenden Abschnitt 102 angewendet
wird, die Übergangs-Durchbruchsspannung
stärker
erhöht
werden als bei einer Struktur, bei der die Erfindung gemäß der ersten
Ausführungsform
auf den niederspannungsseitig treibenden Abschnitt 102 angewendet wird,
aus den gleichen Gründen,
wie sie bei der dritten Ausführungsform
beschrieben wurden.In addition, in the structure ( 43 ), in which the invention according to the third embodiment on the low-voltage side driving section 102 is applied, the junction breakdown voltage is increased more than a structure in which the invention according to the first embodiment on the low-voltage side driving section 102 is applied, for the same reasons as described in the third embodiment.
Neunte AusführungsformNinth embodiment
44 ist eine Querschnittsansicht eines vereinfachten
Aufbaus des CMOS-Teils bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
neunten Ausführungsform
dieser Erfindung, entsprechend 2A. Anstelle
der vergrabenen n+-Schicht 20 bei
der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform ist
eine n+-Dotierungsregion
(hier im folgenden als "vergrabene
n+-Schicht" bezeichnet) 31 mit einer Dotierungskonzentration
ausgebildet, die höher
ist als jene der vergrabenen n+-Schicht 20.
Beispielsweise ist der Maximalwert der Dotierungskonzentration der vergrabenen
n+-Schicht 31 in der Größenordnung von
1018cm-3. 44 FIG. 12 is a cross-sectional view of a simplified structure of the CMOS part in a semiconductor device according to a ninth embodiment of this invention, corresponding to FIG 2A , Instead of the buried n + layer 20 in the semiconductor device according to the first embodiment, an n + -type doping region (hereinafter referred to as "buried n + -layer") 31 with a doping concentration higher than that of the buried n + layer 20 , For example, the maximum value of the doping concentration is the buried n + layer 31 in the order of 10 18 cm -3 .
Die
vergrabene n+-Schicht 31 ist in
Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 in dem p--Substrat 200 ausgebildet
und erstreckt sich vollständig
unterhalb der in der Deckfläche
der p-Wanne 131 ausgebildeten n+-Sourceregion 133. Wenn "X" die Breite der vergrabenen n+-Schicht 31 ist und "Y" die Breite der p-Wanne 131 ist,
gilt in dem Beispiel von 44 der
Zusammenhang X>Y.The buried n + layer 31 is in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 in the p - substrate 200 formed and extends completely below that in the top surface of the p-well 131 trained n + -sourceregion 133 , If "X" is the width of the buried n + layer 31 and "Y" is the width of the p-well 131 is true in the example of 44 the relationship X> Y.
Der
vereinfachte Aufbau des CMOS-Teils bei der bekannten Halbleitervorrichtung,
die in 60 gezeigt ist, bei der die
vergrabene n+-Schicht 31 zusätzlich unter
der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet ist, ist der Aufbau
der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten
Ausführungsform. 45 ist ein Diagramm, das die Korrelation zwischen
(X-Y), was die Beziehung zwischen den Breiten X und Y in 44 bezeichnet, und der Betriebsaufnahmespannung
eines parasitären
p-n-p-n-Thyristors zeigt beim Anlegen der negativen VS-Spannung
an die VS-Elektrode bezogen auf die Struktur von 60, bei der die vergrabene n+-Schicht 31 zusätzlich ausgebildet
ist. Dieser parasitäre
p-n-p-n-Thyristor
resultiert aus einer p-n-p-n-Struktur, die sich aus dem p--Substrat 200, der n-Dotierungsregion 121,
der vergrabenen n+-Schicht 31,
der p-Wanne 131 und der n+-Sourceregion 133 zu sammensetzt.
Die Abszisse des in 45 gezeigten Diagramms bezeichnet
den Wert (X-Y) und die Vertikalachse zeigt einen Wert, der durch
Multiplizieren der negativen VS-Spannung bei der Aufnahme des Betriebs
des parasitären p-n-p-n-Thyristors
mit –1
erhalten wird (nämlich
dem Absolutwert der negativen VS-Spannung).The simplified structure of the CMOS part in the conventional semiconductor device disclosed in 60 is shown at the buried n + layer 31 additionally under the n-type doping region 121 is formed, the structure of the semiconductor device according to the ninth embodiment. 45 is a graph that shows the correlation between (XY), what the relationship between the widths X and Y in 44 and the operating pick-up voltage of a parasitic pnpn thyristor shows when applying the negative VS voltage to the VS electrode based on the structure of 60 in which the buried n + layer 31 is additionally formed. This parasitic pnpn thyristor results from a pnpn structure resulting from the p - substrate 200 , the n-doping region 121 , the buried n + layer 31 , the p-tub 131 and the n + source region 133 to sammensetzt. The abscissa of in 45 is the value (XY) and the vertical axis shows a value obtained by multiplying the negative VS voltage at the time of commencement of operation of the parasitic pnpn thyristor by -1 (namely, the absolute value of the negative VS voltage).
In
dem in 45 gezeigten Diagramm ist gezeigt,
dass mit dem Anwachsen des Wertes von (X-Y) der Absolutwert der
negativen VS-Spannung für
die Aufnahme des Betriebs des parasitären p-n-p-n-Thyristor ebenfalls anwächst. Es
ist deshalb gezeigt, dass sobald die Breite X der vergrabenen n+-Schicht 31 anwächst, die Widerstandsfähigkeit des
CMOS 12 bezüglich
eines Latch-Ups bezogen auf negative Schwankungen der hochspannungsseitig
schwebenden Offsetspannung VS anwächst.In the in 45 As shown in the diagram, as the value of (XY) increases, the absolute value of the negative VS voltage for picking up the operation of the parasitic pnpn thyristor also increases. It is therefore shown that as soon as the width X of the buried n + layer 31 increases the resilience of the CMOS 12 with respect to a latch-up with respect to negative fluctuations of the high voltage side floating offset voltage VS increases.
46 ist ein Diagramm, das die Werte der durch die
Bulk-Elektrode,
die pMOS-Sourceelektrode und die nMOS-Sourceelektrode fließenden Ströme zeigt beim Anlegen der negativen
VS-Spannung an die VS-Elektrode bezogen auf die Struktur von 60, bei der die vergrabene n+-Schicht 31 zusätzlich ausgebildet
ist. In 46 ist gezeigt, dass der durch
die nMOS-Sourceelektrode fließende
Strom nahezu gleich dem durch die pMOS-Sourceelektrode fließenden Strom
wird, wenn die negative VS-Spannung ungefähr –150V ist. 46 FIG. 15 is a graph showing the values of the currents flowing through the bulk electrode, the pMOS source electrode, and the nMOS source electrode upon application of the negative VS voltage to the VS electrode with respect to the structure of FIG 60 in which the buried n + layer 31 is additionally formed. In 46 It is shown that the current flowing through the nMOS source electrode becomes nearly equal to the current flowing through the pMOS source electrode when the negative VS voltage is about -150V.
47 zeigt die Stromverteilung, wenn die negative
VS-Spannung in 46 –140V
ist. Es ist gezeigt, dass der Strom nicht durch die nMOS-Sourceelektrode
fließt,
wenn die negative VS-Spannung –140V
ist, so dass ein Betrieb des obigen parasitären p-n-p-n-Thyristors nicht
verursacht wird. 47 shows the current distribution when the negative VS voltage in 46 -140V is. It is shown that the current does not flow through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -140V, so that operation of the above parasitic pnpn thyristor is not caused.
48 zeigt die Stromverteilung, wenn die negative
VS-Spannung in 46 –150V
beträgt.
Es ist gezeigt, dass der Strom durch die nMOS-Sourceelektrode fließt, wenn
die negative VS-Spannung gleich –150V ist, was den Betrieb
des obigen parasitären
p-n-p-n-Thyristors verursacht. 48 shows the current distribution when the negative VS voltage in 46 -150V is. It is shown that the current flows through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -150V, causing the operation of the above parasitic pnpn thyristor.
Wie
oben erwähnt,
wächst
mit dem Anwachsen der Breite X der vergrabenen n+-Schicht 31 die Latch-Up-Widerstandsfähigkeit
des CMOS 12 bezogen auf negative Schwankungen der hochspannungsseitig
schwebenden Offsetspannung VS. Ein zu starkes Anwachsen der Breite
X wird jedoch zu einem Anwachsen des Bereichs (ungültiger Bereich) führen, in
dem ein aktives Element, wie zum Beispiel ein nMOS nicht auf einer
Waferoberfläche
ausgebildet werden kann, was zu einem Anwachsen der Chipgröße und einem
Anwachsen der Kosten führt.As mentioned above, as the width X of the buried n + layer increases, it increases 31 the latch-up resistance of the CMOS 12 based on negative variations of the high-voltage side floating offset voltage VS. However, an excessive increase in the width X will result in an increase in the area (invalid area) in which an active element such as nMOS can not be formed on a wafer surface, resulting in an increase in chip size and an increase in cost leads.
Bei
dem Beispiel von 49 ist die Breite X der vergrabenen
n+-Schicht 31 groß, so dass
die vergrabene n+-Schicht 31 im
wesentlichen nach rechts über
eine rechte Seitenfläche
der p-Wanne 131 übersteht.
Dies resultiert in einem vergrößerten ungültigen Bereich
und einer vergrößerten Chipgröße.In the example of 49 is the width X of the buried n + layer 31 big, leaving the buried n + layer 31 essentially to the right over a right side surface of the p-tub 131 survives. This results in an increased invalid area and an increased chip size.
In
dem Beispiel von 50 ist andererseits die Breite
X der vergrabenen n+-Schicht 31 verhältnismäßig klein,
so dass die vergrabene n+-Schicht 31 lediglich
unterhalb der p-Wanne 131 ausgebildet ist und nicht nach
rechts über
die rechte Seitenfläche der
p-Wanne 131 übersteht.
Dies resultiert in einer kleineren ungültigen Fläche als bei der Struktur von 49 und somit in einer kleineren Chipgröße. Darüber hinaus
ist die unterhalb der p-Wanne 131 ausgebildete vergrabene
n+-Schicht 31 dergestalt ausgebildet,
dass sie eine Region unterhalb der in der p-Wanne 131 ausgebildeten
n+-Sourceregion 133 vollständig einschließt (d.h.
zuverlässig
abdeckt), was die Wirkung der verbesserten Latch-Up-Widerstandsfähigkeit
aufrechterhält.In the example of 50 On the other hand, the width X is the buried n + layer 31 relatively small, so that the buried n + layer 31 just below the p-tub 131 is formed and not to the right over the right side surface of the p-well 131 survives. This results in a smaller invalid area than in the structure of 49 and thus in a smaller chip size. In addition, the below the p-tub 131 formed buried n + layer 31 designed to have a region below that in the p-well 131 trained n + -sourceregion 133 completely (ie, reliably covering), which maintains the effect of improved latch-up resistance.
Zum
Vergleich mit 44 zeigt 51 die Struktur von 44,
bei der anstelle der vergrabenen n+-Schicht 31 eine
vergrabene n+-Schicht 32 ausgebildet
ist. Die vergrabene n+-Schicht 32 ist
in Kontakt zu der Bodenfläche
der n-Dotierungsregion 121 ausgebildet, erstreckt sich
aber nicht unterhalb der n+-Sourceregion 133 des
nMOSFET, sondern unterhalb der p+-Sourceregion 126 und
der Gateregion des pMOSFET.For comparison with 44 shows 51 the structure of 44 in which instead of the buried n + layer 31 a buried n + layer 32 is trained. The buried n + layer 32 is in contact with the bottom surface of the n-type impurity region 121 formed, but does not extend below the n + -Sourceregion 133 of the nMOSFET but below the p + source region 126 and the gate region of the pMOSFET.
52 ist ein Diagramm, das die Werte der durch die
Bulk-Elektrode,
die pMOS-Sourceelektrode und die nMOS-Sourceelektrode fließenden Ströme zeigt beim Anlegen der negativen
VS-Spannung an die VS-Elektrode bezogen auf die Struktur von 60, bei der die vergrabene n+-Schicht 32 zusätzlich ausgebildet
ist. In 52 ist gezeigt, dass der durch
die nMOS-Sourceelektrode fließende
Strom nahezu gleich dem durch die pMOS-Sourceelektrode fließenden Strom
wird, wenn die negative VS-Spannung ungefähr –40V ist. 52 FIG. 15 is a graph showing the values of the currents flowing through the bulk electrode, the pMOS source electrode, and the nMOS source electrode upon application of the negative VS voltage to the VS electrode with respect to the structure of FIG 60 in which the buried n + layer 32 is additionally formed. In 52 It is shown that the current flowing through the nMOS source electrode becomes nearly equal to the current flowing through the pMOS source electrode when the negative VS voltage is about -40V.
53 zeigt die Stromverteilung, wenn die negative
VS-Spannung in 52 gleich –17V
ist. Es ist gezeigt, dass der Strom nicht durch die nMOS-Sourceelektrode
fließt,
wenn die negative VS-Spannung gleich –17V ist, so dass ein Betrieb des
obigen parasitären
p-n-p-n-Thyristors nicht verursacht wird. 53 shows the current distribution when the negative VS voltage in 52 is equal to -17V. It is shown that the current does not flow through the nMOS source electrode when the negative VS voltage is -17V, so that operation of the above parasitic pnpn thyristor is not caused.
54 zeigt die Stromverteilung, wenn die negative
VS-Spannung in 52 gleich –40V
ist. Es ist gezeigt, dass durch die nMOS-Sourceelektrode ein Strom
fließt,
wenn die negative VS-Spannung gleich –40V ist, wodurch ein Betrieb
des obigen parasitären
p-n-p-n-Thyristors verursacht wird. 54 shows the current distribution when the negative VS voltage in 52 is equal to -40V. It is shown that current flows through the nMOS source when the negative VS voltage is -40V, causing operation of the above parasitic pnpn thyristor.
Die
Berücksichtigung
der in 52 bis 54 gezeigten
Ergebnisse zeigt, dass die durch das zusätzliche Ausbilden der vergrabenen n+-Schicht 32 erhaltene Latch-Up-Widerstandsfähigkeit
nahezu die gleiche wie bei der bekannten Halbleitervorrichtung (siehe 61) ist, bei der die vergrabene n+-Schicht 32 nicht ausgebildet ist,
und deshalb die zusätzliche
vergrabene n+-Schicht 32 nicht wirksam
ist.The consideration of in 52 to 54 shown results that by the additional formation of the buried n + layer 32 Latch-up resistance obtained is almost the same as in the conventional semiconductor device (see 61 ) is where the buried n + layer 32 is not formed, and therefore the additional buried n + layer 32 is not effective.
Dies
bedeutet, die Latch-Up-Widerstandsfähigkeit des CMOS 12 bezüglich negativer
Schwankungen der hochspannungsseitig schwebenden Offsetspannung
VS wird nicht durch die sich unterhalb der p+-Sourceregion 126 und
der Gateregion des pMOSFET ausbreitende vergrabene n+-Schicht 32 wirkungsvoll
erhöht,
sondern durch die sich unterhalb der n+-Sourceregion 133,
die in der Deckfläche
der p-Wanne 131 ausgebildet ist, erstreckende vergrabene
n+-Schicht 31.This means the latch-up resistance of the CMOS 12 with respect to negative fluctuations of the high voltage side floating offset voltage VS is not affected by the below the p + source region 126 and the gate region of the pMOSFET propagating buried n + layer 32 effectively increased, but through the below the n + -Sourceregion 133 lying in the top surface of the p-tub 131 is formed, extending buried n + layer 31 ,